由自旋轨道扰动驱动的磁性胚胎的非平衡动力学

胚胎——三维具有编结自旋纹理的拓扑脉冲-solitons——近期因其由编结论述得出的独特拓扑特性（由 Hopf 数 H 表示的拓扑不变量）而受到注意。在与二维 skyrmion 不同，后者通常限制于小的拓扑不变量，即 skyrmion 数，胚胎原则上可以稳定任意的 Hopf 数。然而，尤其是不同 Hopf 数之间的相互转换，仍然 poorly 理解。本文通过数值求解受自旋轨道扰动（SOT）的兰德-李曼-希尔伯特方程，理论性地研究各种 Hopf 数的胚胎的非平衡动力学。对于 H=1，我们显示，SOT 引起了平移和预旋运动，动力学对初始定向敏感。对于 H=2，我们发现中间强度的 SOT 可强制将胚胎分裂为两个 H=1 胚胎。这种行为通过有效张力图解释，该图源自 H=1 情况下观察到的动力学。通过比较不同 H 的分裂动力学，我们识别了支配 SOT 驱动行为的层级结构，并用于预测一般 H 胚胎的动力学。此外，我们显示，通过合理安排 SOT 的时间依赖性，反复诱导胚胎的分裂和重组是可能的。这些结果表明了通过 SOT 控制胚胎拓扑的可行性，并为基于拓扑开关的多层 spintronic 设备指明了道路。