磁单极子流体的二分动力学

最近一次进展是在研究涌现型磁单极子时发现，单极子运动受到动态分形轨迹的限制（J. Hallén 等, Science 378, 1218 (2022)），从而解释了磁单极子噪声谱的特征（Dusad, R. 等, Nature 571, 234 (2019)；Samarakoon, A. M. 等, Proc. Natl. Acad. Sci. 119, e2117453119 (2022)）。本文将这一新理论应用于探索场驱动单极子电流的动力学，发现其包含两种截然不同的传输过程：最初快速的局部单极子配置的分形重排，随后是常规的单极子扩散。该理论还预测了针对交变场驱动电流的耗能角在特征频率下的特性频率依赖性。为探索这些对单极子传输的新视角，我们引入了同时控制和测量单极子电流的技术，采用基于 SQUID 的单极子电流传感器。对于典型材料 Dy2Ti2O7，我们测量 ${\Phi}(t)$，即当净单极子电流 $J(t) = \dot{\Phi}(t)/\mu_0$ 通过施加外部磁场 $B_0(t)$ 产生时，线程样品的磁通随时间的变化。这些实验发现，单极子电流呈现明显的二分性，在 $t \approx 600 {\mu}s$ 之后呈现不同的松弛时间常数。应用正弦磁场 $B_0(t) = B\cos({\omega}t)$ 可产生振荡性单极子电流，其耗能角 ${\theta}(f)$ 在相同温度范围内在频率 $f \approx 1.8$ kHz 处呈现特征转变。最后，磁噪声功率也呈二分性，在 $t \approx 600 {\mu}s$ 之后显著下降。这一复杂的现象学代表了由分片和局部自旋配置对称性相互作用产生的一种新的异构动力学形式。