Physical properties of topological spin textures and fundamentals toward its applications

拓扑自旋纹理的物理性质及其应用基础

• 批准号: 21H01364
• 负责人: 劉 小晰
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01364/
• 关键词: スピンテクスチャ; トポロジカル; 論理演算素子; メモリ素子; スピントロニクス; トポロジカルスピンテクスチャ; トポロジカルスピン論理素子; トポロジカルスピンニューラルネットワーク; トポロジカルスピン量子ビット; トポロジカル磁性体; 磁気スキルミオン; トポロジカルスピンメモリー; 磁性薄膜; キラリティー; 磁性メモリー・論理素子

本年度では、①ナノスケールトポロジカル磁性体の中の単一トポロジカルスピンテクスチャの応力、磁界、熱による振る舞い；②３Dトポロジカル磁性体の中の磁気スキルミオン串の振る舞い；③トポロジカル磁性薄膜の中の磁気スキルミオンクラスターの振る舞いに着目し、ニューラルコンピューティングへの応用、量子ビットの創成に注力した。年度前半に、トポロジカル磁性マイクロ円板を研究室所有のマスクレース露光装置を用いて基板上に作製した。円板の周りにΩ形状のコイルを形成し、コイルに直流、交流電流を加えて、トポロジカル磁性円板の中のトポロジカルスピンテクスチャの振る舞いをカー顕微鏡を用いて観察した。磁気スキルミオンと磁気bimerons間のトランスフォーメーションと呼ばれる現象を世界初めて確認できた。トポロジカルスピンテクスチャ間のトランスフォーメーションは次世代AIに重要とされるリザーバーコンピューティングへの応用を期待できる。成果を学術誌Nano Letters　（IF　11.238）に投稿し、2022年10月19日に掲載された。量子ビットへの応用に狙って、３Dトポロジカル磁性体の中の磁気スキルミオン串のスピンー軌道トルクによる分岐、合流現象とその制御に関する研究を行った。Y、X、O形状の分岐、合流のよる磁気スキルミオン串の多様性を明らかにした。更に、磁気スキルミオントラジスタを狙って、磁気スキルミオン流体の概念を提案した。磁気スキルミオン流体は特殊なエネルギー障壁に非対称的な特性を示す。新規な論理素子への応用に期待できる。本年度では、本研究の関連成果をNano letters, Advanced Materials,　Physical Review B, Applied Physics Lettersなど学術論文誌に論文11本が採択された。

This year, we have focused on: (1) force, magnetic field and thermal vibration in magnetic materials;(2) magnetic field and thermal vibration in 3D magnetic materials;(3) magnetic field and thermal vibration in magnetic thin films; and (4) force and thermal vibration in quantum materials. In the first half of the year, the magnetic substrate was manufactured in the laboratory. The circular shape of the magnetic plate is formed, and the direct current and alternating current are added. The circular shape of the magnetic plate is observed by a micro mirror. The phenomenon of magnetic resonance between magnetic resonance and magnetic resonance was first confirmed in the world. The second generation AI is important to the development of new technologies. Publication of Nano Letters (IF 11.238), October 19, 2022 The research on magnetic separation and convergence phenomena and control of quantum magnetic materials Y, X, O shapes diverge, converge, and multiply. In addition, the concept of magnetic fluid is proposed. Magnetic field fluid is a special kind of barrier. The new rules are expected to be implemented in the future. This year, 11 papers related to this research were collected from Nano letters, Advanced Materials, Physical Review B, Applied Physics Letters and Academic Papers.

项目成果

Frustrated Magnetic Skyrmions and Bimerons

受挫的磁性斯格明子和双美子

• 发表时间: 2021
• 作者: X. Zhang;J. Xia;M. Ezawa;O. Tretiakov;H.T. Diep;Z. Hou;W. Wang;G. Zhao;Y. Zhou;X. Liu;X. Zhang
• 通讯作者: X. Zhang

磁気スキルミオンの閉じ込め・保護の効果

磁性斯格明子的约束和保护作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 大原 健太郎;張 溪超;陳 銀玲;夏 静;周 艶;劉 小晰,
• 通讯作者: 劉 小晰,

Antiferromagnetic skyrmion-based logic gates controlled by electric currents and fields

由电流和场控制的基于反铁磁斯格明子的逻辑门

• DOI: 10.1063/5.0056259
• 发表时间: 2021-08-09
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Liang, Xue;Xia, Jing;Zhou, Yan
• 通讯作者: Zhou, Yan

Nonreciprocal dynamics of ferrimagnetic bimerons

• DOI: 10.1103/physrevb.105.014422
• 发表时间: 2022-01
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Laichuan Shen;J. Xia;Zehan Chen;Xiaoguang Li;Xichao Zhang;O. Tretiakov;Qiming Shao;G. Zhao;Xiaoxi Liu;M. Ezawa;Yan Zhou

Dynamic transformation between a skyrmion string and a bimeron string in a layered frustrated system

• DOI: 10.1103/physrevb.104.l220406
• 发表时间: 2021-08
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Xichao Zhang;J. Xia;O. Tretiakov;H. Diep;G. Zhao;Jinbo Yang;Yan Zhou;M. Ezawa;Xiaoxi Liu