斯格明子晶格形成理论

本文提出关于手性磁性薄膜中斯格明子晶格（SkX）形成及其迷人热力学行为的通用理论。当度量相对 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用（DMI）强度的参数 $\kappa$ 足够大时，手性磁性薄膜可具有许多亚稳态，其斯格明子密度任意直至一最大值。在无磁场时，无限薄膜的最低能态是占据整张薄膜的长之字形分支条带斯格明子。在垂直于薄膜的中等磁场下，最低能态具有有限斯格明子密度。这解释了为何当 $\kappa$ 高于临界值时，手性磁性薄膜常在低场下呈条带状，而仅在最优场附近形成 SkX。当 $\kappa$ 低于临界值时，无论有无磁场，最低能态仍为条带螺旋态。多亚稳态解释了薄膜各种亚稳态的热力学路径依赖性。$\kappa$ 值随温度降低解释了为何在许多斯格明子体系中 SkX 在低温下变为亚稳态。这些发现为 SkX 操控及基于斯格明子的应用开辟了新途径。