具有手性相互作用的圆柱形铁磁纳米结构中的磁斯格明子

我们研究了在具有手性相互作用的铁磁材料圆柱形纳米条和纳米管中稳定磁斯格明子（magnetic skyrmions）的几何条件。我们对具有竞争性的各向同性交换与手性相互作用、径向各向异性及外场的经典自旋哈密顿量实施模拟退火技术，获得了系统的低温平衡态。我们探讨了表面曲率对磁斯格明子形成、形状和尺寸的影响。我们证明斯格明子相随曲率的演化由两个特征长度的控制竞争决定，即曲率半径 $R$（几何长度）和斯格明子半径 $R_{sk}$（物理长度）。在窄纳米管（$R<R_{sk}$）中，斯格明子相演化为条纹相；而在宽纳米管（$R>R_{sk}$）中出现斯格明子-条纹混合相。最有趣的是，由于外加场方向相对于表面法线，混合相的特征是斯格明子与条纹空间分离。在稳定区间（$R \gtrsim R_{sk}$）内，斯格明子保持圆形并因拓扑保护而维持其尺寸。研究表明，在具有相同稳定区域（$R\gtrsim R_{sk}$）内具有自由边界的弯曲纳米元件上，零场斯格明子是稳定的。讨论了圆柱形表面上斯格明子稳定性的实验与技术前景。