具有交換阻挫磁系統(tǒng)中的拓撲自旋織構，如Skyrmions和Bimerons可能表現(xiàn)出非平凡的拓撲和奇異動力學。在來自中國、日本和澳大利亞一個國際研究小組一項新的研究中，研究人員從理論上研究了具有交換阻挫和面內(nèi)磁各向異性的鐵磁性單層中拓撲非平凡雙聚體的靜態(tài)和動態(tài)性質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn)，雙聚體表現(xiàn)出豐富由自旋軌道力矩誘導的動力學，這取決于驅(qū)動電流設置以及雙翼的拓撲結(jié)構。

研究通過計算證明了阻挫雙聚體可以在拓撲守恒的情況下合并。與核物理類似，具有較高拓撲電荷的阻挫雙分子在能量上更有利。這一研究表明，阻挫磁體中的自旋動力學，可能比常規(guī)手性磁體中的自旋動力學更為復雜和多樣。其研究結(jié)果發(fā)表在《物理評論B》期刊上，論文由香港中文大學深圳分校以及來自日本東京大學、日本新宿大學、澳大利亞新南威爾士大學和四川師范大學的四位合作者共同完成。

這項研究的第一作者、中科院博士后研究員張喜超（音譯）博士說：以前，我們研究了具有競爭相互作用阻挫自旋系統(tǒng)中的Skyrmions動力學，現(xiàn)在正在考慮其他拓撲自旋紋理。Bimular是Skyrmion的拓撲對應，它也帶有整數(shù)拓撲電荷。事實上，在這項研究中，從數(shù)值上發(fā)現(xiàn)，阻挫的雙分子確實具有一些新的動力學特征，例如，它可以被驅(qū)動成直線運動或旋轉(zhuǎn)。

新南威爾士大學高級講師、這項研究的合著者奧列格·A·特雷蒂亞科夫博士解釋說：在平面磁化系統(tǒng)中，雙分子可以作為拓撲保護的信息位。阻挫平面內(nèi)鐵磁薄膜的優(yōu)勢是，它們可以容納不同拓撲電荷的穩(wěn)定雙分子，從而允許在這些系統(tǒng)中進行更高級的邏輯運算。該研究的通訊作者、CUHKSZ副教授周巖（音譯）博士解釋說：Skyrmions和Bimerons都可以作為非易失性信息載體。

因此研究這些拓撲自旋織構在不同磁系統(tǒng)中的靜態(tài)和動態(tài)特性是值得的，這將有助于未來基于它們的自旋電子器件設計。磁性雙翼是面內(nèi)磁體中天空微子的拓撲對應，可以作為自旋電子的信息載體，研究了具有不同拓撲結(jié)構的雙分子，在阻挫鐵磁單分子膜中的靜態(tài)性質(zhì)，其中雙分子結(jié)構是用渦度來表征。由自旋軌道力矩驅(qū)動的阻挫雙分子動力學，這取決于類阻尼力矩和類場力矩的強度。

當自旋極化垂直于易軸時，可以被驅(qū)動成線性或橢圓形運動，從數(shù)值上揭示了類阻尼扭矩驅(qū)動雙翼霍爾角的阻尼依賴關系。當自旋極化平行于易軸時，可由類阻尼扭矩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)頻率與驅(qū)動電流密度成正比。此外數(shù)值論證了通過電流驅(qū)動的不同拓撲電荷雙分子態(tài)的碰撞和合并來產(chǎn)生具有較高或較低拓撲電荷的雙分子狀態(tài)，其研究結(jié)果可能對理解阻挫磁體中的雙翼物理是有用的。

博科園｜研究/來自：香港中文大學

研究發(fā)表期刊《物理評論B》

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