呼吸烧绿石晶格上经典海森堡反铁磁体中的刺猬晶格自旋纹理

刺猬晶格，即磁单极与反单极的三维周期阵列，已知可在Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用存在时实现。在此，我们通过蒙特卡洛模拟表明，在呼吸烧绿石晶格上的经典海森堡反铁磁体中，刺猬晶格并非由DM相互作用而是由阻挫诱导产生。在该模型中，呼吸键交替由大四面体与小四面体的最近邻（NN）反铁磁交换相互作用之比$J_1'/J_1$表征。具有序矢量$q=(\pm 1/2,\pm 1/2,\pm 1/2)$的四重-q态，在沿键方向的第三近邻反铁磁相互作用$J_3$较大时实现，在$J_1'/J_1 <1$的呼吸情形下变为刺猬晶格态，而在$J_1'/J_1 =1$的均匀情形下，它是由热涨落偏好的共线态。还发现，在磁场中，$(1/2,1/2,1/2)$刺猬晶格的结构由立方变为四方，导致非零净自旋手性，在金属体系中应产生特征性的拓扑霍尔效应。