使用收敛于一阶鞍点的高效方法识别磁性转变机制

本文描述了一种在磁性系统能量面上定位一阶鞍点的方法，并展示了几个识别各种磁性转变机制的应用实例。迭代搜索算法的起点可以是任意位置，甚至可以是靠近代表系统初始状态的局部能量最小值处，且无需指定最终状态。通过反转沿最小模的梯度分量来获得对鞍点的收敛，从而有效地将鞍点邻域转换为局部最小值的邻域。该方法只需要系统能量 Hessian 矩阵的最低两个特征值及相应的特征向量，并且它们是使用拟牛顿有限内存 Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno 求解器通过最小化 Rayleigh 商求得的，而无需显式计算 Hessian 矩阵。该方法适用于大型系统，因为计算量随系统大小呈线性增长。本文展示了在揭示共存磁态显著复杂性的系统（如 skyrmions、skyrmion bags、skyrmion tubes、chiral bobbers 和 globules）中转变的应用。当与谐波近似内的速率理论相结合时，该方法可用于模拟以多个亚稳态为特征的复杂磁性系统的长时间尺度动力学。