涌现磁单极子晶格中的隐藏拓扑相变

称为磁刺猬的拓扑缺陷实现了涌现磁单极子，而这类单极子在由麦克斯韦方程组描述的普通电磁学中是不允许的。此类单极子已在磁体中以两种不同形式被实验发现：四面体 $4Q$ 与立方 $3Q$ 刺猬晶格。自旋纹理受化学成分、外加磁场和温度的调制，通过磁单极子的运动和成对湮灭导致量子输运和光学现象，但理论理解仍不清楚，尤其是在不同类型刺猬晶格相互竞争的区域。在此，我们提出一个可同时稳定四面体与立方刺猬晶格的理论模型，并利用近期发展的在热力学极限下给出精确解的方法，在改变相互作用参数、磁场和温度时对其相图进行深入研究。我们发现该模型随单极子与反单极子密度的变化表现出多种类型的拓扑相变，其中一些伴随热力学量的反常，而另一些则是隐藏的，表现出较少或没有反常。我们还发现了三维系统中二维涡旋成对湮灭的另一种隐藏拓扑相变。这些结果不仅为理解现有实验数据提供了有用信息，也对磁单极子晶格中隐藏拓扑相变的辨识及涌现电磁学的探索提出了挑战。