磁性纳米颗粒中的贝里曲率与拓扑霍尔效应
材料科学
2023-12-13 v1
摘要
本文通过解析计算与微磁模拟，确定了小铁磁颗粒中传导电子引起的贝里曲率与拓扑霍尔效应（THE）。我们关注非椭球形状的小颗粒，其中非共面自旋结构产生由斯格明子数 Q 量化的非零拓扑霍尔信号。我们考虑了在取向一致的纳米颗粒中导致非共面的两种机制，即由拐角和边缘附近杂散场引起的花状态自旋构型，以及卷曲型静磁自相互作用。在极小的颗粒中，反向磁场因花状态而增强 Q，直至发生反转；而对于半径大于相干半径 Rcoh 的颗粒，Q 在形核场处跃升至更大值，代表从花状态到卷曲态的过渡。我们根据这些自旋结构计算了斯格明子密度（平均贝里曲率）作为颗粒尺寸与外加磁场的函数。我们的模拟结果在花状态与磁通闭合态下均与解析计算一致。我们展示了只要颗粒尺寸小于单畴极限，小颗粒中便存在贝里曲率。利用磁力显微镜（MFM），我们还展示了在合适尺寸的 Co 纳米点中，实现了核心处具有垂直（向上）磁化的磁涡旋态，这可在室温下单畴态的受限几何中体现为贝里曲率与 emergent 磁场。
引用
@article{arxiv.2305.14519,
title = {Berry Curvature and Topological Hall Effect in Magnetic Nanoparticles},
author = {Ahsan Ullah and Balamurugan Balasubramanian and Bibek Tiwari and Bharat Giri and David J. Sellmyer and Ralph Skomski and Xiaoshan Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.14519},
year = {2023}
}