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。

在今年，我们重点关注1）由于压力，磁场和热量，纳米级拓扑磁性材料中单个拓扑自旋纹理的行为； 2）在3D拓扑磁性材料中磁性技巧串的行为； 3）在拓扑磁性薄膜中磁性技能簇的行为，并专注于应用于神经计算和创建量子。在今年的上半年，使用实验室拥有的面具蕾丝曝光装置在基板上制造了拓扑磁性微型盘。在圆盘，直流和AC电流周围形成ω形线圈，并使用KERR显微镜观察到拓扑磁盘中拓扑自旋纹理的行为。这是我们第一次能够在世界上首次确认一种被称为磁性silmion和磁性比门龙之间转化的现象。拓扑自旋纹理之间的转换可以应用于储层计算，这对于下一代AI很重要。结果发布在纳米字母（如果11.238）中，并于2022年10月19日发布。为了应用Qubit，我们对3D拓扑磁性材料及其控制及其控制引起的3D拓扑磁性材料中的磁技能串的分支和汇合现象进行了研究。我们已经揭示了由于Y，X和O形状的分支和汇合而导致的磁技巧串的多样性。此外，我们提出了针对磁性的Silmion crodisasters的磁性Silmion流体的概念。磁性硅液对特殊的能屏障表现出不对称的特性。可以预期将其应用于新的逻辑元素。在今年，在包括纳米字母，高级材料，物理评论B和应用物理信函在内的学术期刊中选出了11篇论文，这与本研究的结果有关。

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

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

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,

Nonlinear dynamics of the topological helicity wave in a frustrated skyrmion string

• DOI: 10.1103/physrevb.106.054414
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: J. Xia;Xichao Zhang;Xiaoxi Liu;Yan Zhou;M. Ezawa

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