CC BY
0ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МАГНИТНЫХ СКИРМИОНОВ С ПРОИЗВОЛЬНЫМИ ТОПОЛОГИЧЕСКИМИ ЗАРЯДАМИ
Шустин М. С.1, Федосеев А. Д.1, Дзебисашвили Д. М.1
1Институт физики им Л.В. Киренского СО РАН, Красноярск, Россия,
mshustin@yandex.ru
Поиск аналитических профилей киральных магнитных структур типа 2D магнитных скирмионов (МС) является важным при их теоретическом описании. Поскольку уравнения Эйлера-Лагранжа (ЭЛ) для таких возбуждений не решаются точно, описание МС часто проводят с помощью аналитических пробных функций -анзацев. В настоящей работе проводится обоснование одного из широко используемых анзацей типа 2л:-доменной стенки [1] на основе симметрийного анализа 1D версии уравнений ЭЛ, определяющего радиальный профиль МС. В продолжении такого рассмотрения на случаи более сложных комбинаций замкнутых доменных стенок, в т.ч. аксиально-несимметричных, предложены анзацы для экзотических магнитных вихревых структур, недавно открытых экспериментально: скирмиониу-ма [2] скирмионов высокого порядка [3], и скирмионных мешков [4, 5]. Такие структуры обладают топологическими зарядами, отличными от заряда скирмиона löl=1. При использовании найденных профилей в качестве пробных функций вариационного подхода, проведена минимизация магнитного энергетического функционала, и определены оптимальные размеры киральных магнитных структур. Изучены условия их реализации, зависимости их энергий и размеров от напряженности внешнего магнитного поля, в том числе пространственно-неоднородного. Важной особенностью рассмотрения последнего являлся учет орбитальных эффектов, проявляющих себя в виде добавки к магнитному энергетическому функционалу в виде скалярного кирального взаимодействия [6].
Полученные результаты могут быть использованы для ускорения численного нахождения областей устойчивости киральных магнитных структур. Также, предложенная аналитическая теория в дальнейшем будет использована при поиске май-орановских состояний в 2D гибридных структурах сверхпроводник / ферромагнетик с экзотическими магнитными вихрями [7].
Ш.М.С. благодарит М.Н. Поткину за предложенный анзац магнитного скирми-ониума и полезные дискуссии. Работа выполнена при поддержке Фонда развития теоретической физики и математики «БАЗИС» (грант № 23-1-3-52-1), а также частично в рамках научной тематики Госзадания ИФ СО РАН.
Литература
1. X. S. Wang, H. Y. Yuan, and X. R. Wang // Commun. Phys. - 2018. - V. 1. - P. 31
2. B. Seng, D. Schönke, J. Yeste, et.al. // Adv. Func. Mat. - 2021. - V. 31. - P. 2102307.
3. M. Hassan, S. Koraltan, A. Ullrich, et.al. // Nature Physics. - 2024. - V. 20. - P. 615-622.
4. J. Tang, Y. Wu, et.al. // Nature Nanotechnol. - 2021. - V. 16. - P. 1086.
5. L. Yang, A. Savchenko, F. Zheng, et.al. // arXiv:2403.16931. - 2024. - P. 1-17.
6. M.S. Shustin, V.A. Stepanenko, D.M. Dzebisashvili // Phys. Rev. B. - 2023. - V. 107. - P. 195428.
7. A. O. Zlotnikov, M. Shustin, and A. D. Fedoseev // J. Supercond. Nov. Magn. - 2023. - V. 34. - P. 3053.
