磁斯格明子(一)——经典基态

发布网友 发布时间：2024-10-24 13:13

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热心网友 时间：2024-11-04 13:29

磁斯格明子的研究历史起始于1961年，Skyrme发展非线性场理论，提出斯格明子概念，随后在多个凝聚态物理领域观测到斯格明子的存在。Bogdanov 和Yablonskii，Bogdanov 和 Hubert预言在手征磁性材料中斯格明子的稳定存在，磁斯格明子的真正关注始于2009年Mühlbauer等人实验观察。在缺乏中心对称性的手征磁性材料中，斯格明子的稳定存在推动了磁斯格明子的研究。磁斯格明子的非平庸拓扑性质赋予其独特物理现象，如拓扑霍尔效应、斯格明子流霍尔效应和电动力学。其稳定性、小尺寸和低电流驱动特点使其在新型磁存储器件——赛道存储器方面具有应用潜力。磁斯格明子的量子化运动和量子比特概念也揭示了其在量子计算的应用潜力。

磁性物理基于自旋哈密顿量，如海森堡模型。对于一维系统，基态是严格可解的，复杂自旋哈密顿量通常是不可解的。然而，在长波极限和长时间平均下，系统的集体行为简化，可以用经典连续序参量场描述。局域自旋作为自旋算符的经典对应，揭示了磁性系统的宏观性质。自旋相干态通过路径积分构建经典对应，球面经典自旋相空间区别于欧几里得空间，表明自旋与经典物理量的重要区别。

Landau-Lifshitz-Gilbert方程描述自旋的半经典运动模式，适用于量子效应不强的磁性系统。通过研究系统的经典路径，简化问题复杂度。在手征磁性材料中，磁斯格明子的有效模型包括磁薄膜和立方手征磁性材料。二维手征铁磁体的磁化性质由局域磁化的方向决定，添加边界条件构建映射，通过拓扑理论进行拓扑分类。手征磁性材料中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用稳定非共线磁结构，与塞曼相互作用和交换相互作用竞争，导致非共线磁结构的出现。

手征磁性材料的哈密顿量不可解，经典基态由欧几里得作用量决定，包含静态部分和动力学部分。动力学部分的拉格朗日密度与自旋角度表示为极坐标，经典基态满足能量极小条件，欧拉-拉格朗日方程求解出斯格明子构型，边界条件用于验证解的正确性。