通过拓扑磁孤子弹簧振荡器中的极限环分岔实现双稳态振荡

《Advanced Functional Materials》：Bistable Oscillation via Limit-Cycle Bifurcation in Topological Magnetic Soliton Spring Oscillator

拓扑磁孤子弹簧振荡器（TMSSO）通过极限环分岔展现出双稳振荡和可调迟滞特性，其纳秒级快速状态切换模拟神经脉冲，同时具备纳米级低通滤波功能。研究结合微磁模拟和Thiele方程分析，揭示了该结构在非线性共振领域的独特优势。

　　

摘要

拓扑磁孤子（如斯格明子）和磁畴壁由于其纳米级尺寸、拓扑稳定性和超低能量操控能力而引起了广泛关注。全面理解并精确控制它们的非线性动态行为（特别是双稳态和滞后现象）对于推动神经形态计算和自旋电子器件的发展至关重要。然而，传统的二维孤子振荡器尚未展现出适用于神经形态应用的这种双稳态或滞后特性。本文介绍了一种一维拓扑磁孤子弹簧振荡器（TMSSO），它通过极限环分叉现象明确表现出稳健的双稳态振荡和滞后现象。通过系统的微磁模拟和基于Thiele方程的理论分析，发现了独特的非线性共振特性，包括明显的振幅截止和显著的滞后环，所有这些特性均可通过驱动电流进行调节。值得注意的是，TMSSO能够在纳秒时间尺度上实现两种明显分离的振荡状态之间的快速且可逆切换，这紧密模拟了神经形态计算中所需的神经元脉冲和静息状态动态。此外，其内在的共振特性还提供了可调的纳米级低通滤波功能，能够有效抑制高频信号。这些发现揭示了磁孤子系统中之前未被探索的非线性现象，使TMSSO成为未来自旋电子和神经形态技术的一个有前景的物理平台。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。