拓扑绝缘体与铁磁金属界面磁斯格明子的理论研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874059
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2007.磁学及自旋电子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Since the Nobel Prize in physics was awarded to three physicists for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter, a flurry of research on the topology of both moment space and real space were initialized. Magnetic skyrmion, a particle-like swirling-spin configuration characterized by a topological index called the skyrmion number in a magnetic material is attracting enormous attention. The nontrivial topology of magnetic skyrmion can result in a number of intriguing electromagnetic phenomena, including the topological Hall effect, skyrmion magnetic resonance and thermal induced ratchet motion. These topologically protected properties, together with their nanoscale dimensions (10-100nm), ultralow threshold for current-driven motion, behaviour as particles that can be moved, created and annihilated, all make them suitable for applications as low-energy memory and logic elements for conventional and neuromorphic computing applications that go beyond Moore’s law. However, a prerequisite for the use of skyrmions in devices is the ability to stabilize small individual skyrmions at room temperature and in zero or very small applied fields. Here, in this proposal, we will use the approach we developed for DMI calculations based on ab initio DFT calculations to evaluate the DMI of the bilayer and its distribution in the successive atomic layers of FM and topological insulators(TI). We'll study the main features and microscopic mechanisms of DMI in FM/TI bilayers. Then we will combine the first-principles calculated DMI and magnetic anisotropy to do micromagnetic simulations to study the creation, annihilation, and motion of skyrmions at the FM/TI interfaces. The proposal will pave the way for both topological insulator topic and magnetic skyrmions field.
对材料自旋结构的设计、构筑以及调控一直是自旋电子学中的核心问题。实空间的拓扑磁结构-磁斯格明子,因受到拓扑保护具有非易失、尺寸小、低功耗、在超低电流驱动下即可迅速运动等诸多优点,是下一代磁存储的重要发展方向[Rev.Mod.Phys.89,025006;Nature,539,509(2016)]。然而如何实现室温稳定可控的磁斯格明子还是一大挑战,其物理本质乃是找到适合的Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用以及垂直磁各向异性(PMA)的界面材料。本申请项目利用我们发展的第一性原理计算界面DMI的方法[PRL115,267210(2015)],结合拓扑绝缘体(TI)的诸多优点来研究其与铁磁金属(FM)接触时界面的DMI及PMA的物性,并进一步做基于第一性原理的微磁模拟,探索在TI/FM体系实现磁斯格明子的物理机制、室温稳定性、尺度大小、输运性质以及调控方法。

结项摘要

我们围绕磁性界面或二维磁体中的DM相互作用展开研究,在本自然科学基金面上项目的有力支持下,取得了一下研究成果:(1)首次提出对称性破缺的Janus结构MnXY(X/Y = S, Se, Te, X ≠ Y)中具有DM相互作用。该强度与传统铁磁/重金属异质结中的DM相互作用值可比;利用蒙特卡洛算法对该材料体系进行了微磁模拟,发现在零场下MnSeTe与MnSTe中出现了手性磁畴壁,并通过增加外磁场的方式诱导出了磁斯格明子。(2)利用二维多铁材料CrN内禀的Rashba效应,不仅诱导出大的DM相互作用,还实现了电场调控磁斯格明子,该工作预言了二维材料中通过多铁性实现磁斯格明子的一体化电学调控。(3)发现了一系列本征具有对称性破缺的二维磁体AX2 (A:3d过度金属元素;X:第四主族和第五主族元素)及MCuX2 (A:3d过度金属元素;X:第四主族元素),并实现了多种各向异性拓扑磁结构,包括:铁磁/反铁磁反斯格明子,反铁磁磁涡旋-反涡旋对等。(4)理论证明了Pt/Co/Ta多层中椭圆型斯格明子存在主要与DM相互作用和PMA有关。(5)基于Fert-Lévy三位点模型证明了CoPt或FePt、CoCu或FeCu、FeGd和FeNi等较厚的薄膜中成分梯度诱导磁体不对称性和自旋-轨道耦合(SOC)对DMI的贡献。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Controllable Generation of Antiferromagnetic Skyrmions in Synthetic Antiferromagnets with Thermal Effect
具有热效应的合成反铁磁体中反铁磁斯格明子的可控生成
  • DOI:
    10.1002/adfm.202111906
  • 发表时间:
    2022-01-18
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Chen, Ruyi;Cui, Qirui;Song, Cheng
  • 通讯作者:
    Song, Cheng
Large magnetic anisotropy in Tetraoxa[8]circulene-based organometallic nanosheet
四氧杂[8]环烯基有机金属纳米片具有大的磁各向异性
  • DOI:
    10.1016/j.jmmm.2021.168068
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Journal of Magnetism and Magnetic Materials
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhiwen Wang;Jinghua Liang;Qirui Cui;Wei Ren;Hongxin Yang
  • 通讯作者:
    Hongxin Yang
Large Dzyaloshinskii-Moriya interaction and field-free topological chiral spin states in two-dimensional alkali-based chromium chalcogenides
二维碱基铬硫属化物中的大 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用和无场拓扑手性自旋态
  • DOI:
    10.1103/physrevb.106.024419
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Peng Li;Qirui Cui;Yonglong Ga;Jinghua Liang;Hongxin Yang
  • 通讯作者:
    Hongxin Yang
Skyrmions-based logic gates in one single nanotrack completely reconstructed via chirality barrier.
通过手性势垒完全重建单个纳米轨道中基于斯格明子的逻辑门
  • DOI:
    10.1093/nsr/nwac021
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    National science review
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Electrically Controllable Van Der Waals Antiferromagnetic Spin Valve
电控范德华反铁磁旋转阀
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.16.014032
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Physical Review Applied
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xuechao Zhai;Ziming Xu;Qirui Cui;Yingmei Zhu;Hongxin Yang;Yaroslav M. Blanter
  • 通讯作者:
    Yaroslav M. Blanter

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杨洪新的其他基金

二维磁性材料中拓扑磁结构的多铁调控
  • 批准号:
    12174405
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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