自旋轨道转矩驱动磁转变中的涌现类混沌动力学
介观与纳米尺度物理
2026-05-14 v2 材料科学
摘要
自旋轨道转矩（Spin-orbit torques, SOTs）被广泛用于控制纳米级电子系统中的磁化，并且通常被认为以确定性的方式驱动斯格明子成核和运动，尤其是在具有强Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的材料中。在此，我们利用基于时间分辨全息术的X射线显微镜，并结合微磁模拟，揭示了在纳秒到皮秒时间尺度上，实际动力学可能显著偏离这一预期，产生瞬态的类混沌行为机制。通过利用各向异性工程缺陷处的确定性斯格明子生成，并实施高分辨率泵浦-探测方案，我们直接追踪了实空间中的磁化演化。该方法揭示了一个动态相变，它将相干的SOT驱动运动与一个以皮秒级涨落、强磁畴无序、拓扑不稳定性和斯格明子脱落为特征的瞬态不稳定机制区分开来，这些现象均为首次实验观测到。在SOT驱动期间，系统短暂进入该不稳定机制，表现出短暂的类混沌行为，但最终可靠地弛豫到鲁棒且可重复的终态。我们的结果展示了一种获取磁性系统中时间平均的纳秒到皮秒级动力学的强大方法，并揭示了名义上确定性的斯格明子控制背后一个此前隐藏的、富含拓扑行为的瞬态层。
引用
@article{arxiv.2401.12130,
title = {Emergent Chaos-Like Dynamics of Spin-Orbit Torque-Driven Magnetic Transitions},
author = {Lisa-Marie Kern and Kai Litzius and Victor Deinhart and Michael Schneider and Christopher Klose and Kathinka Gerlinger and Riccardo Battistelli and Daniel Metternich and Dieter Engel and Christian M. Günther and Meng-Jie Huang and Katja Höflich and Felix Büttner and Stefan Eisebitt and Bastian Pfau},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.12130},
year = {2026}
}