多重-Q自旋纹理中的相位自由度与拓扑
强关联电子
2022-06-22 v1
摘要
拓扑自旋纹理（如skyrmion和hedgehog）的周期性阵列被称为多重-Q自旋纹理，因为它由多个自旋密度波的叠加表示。根据叠加方式的不同，不仅磁性性质，拓扑性质也会改变，导致由Berry相通过涌现电磁场引起的多种量子输运与光学现象。其中，叠加波的相位自由度对这种改变具有潜在重要性，但其效应迄今尚未被充分阐明。在此，我们对具有相位自由度的多重-Q自旋纹理的磁性与拓扑性质进行系统的理论分析。通过引入一个带有对应相位自由度的额外维度的超空间，我们建立了一个处理多重-Q自旋纹理中相移的通用框架。将该框架应用于二维3Q自旋纹理，我们厘清了在改变相位与磁化强度时的完整拓扑相图，其依赖于叠加波的类型。我们还研究了三维4Q自旋纹理并厘清了更丰富的拓扑相图。特别地，我们发现了与先前未被识别的Dirac弦相关的新型拓扑相变，hedgehog与反hedgehog在其上发生成对产生与融合。此外，我们通过分析先前研究中的数值数据，证明了在3Q与4Q两种情况下相位偏移均由外磁场引起。我们的结果阐明了具有相位自由度的skyrmion与hedgehog晶格的拓扑方面，这可推广到其他多重-Q纹理，并有助于探索拓扑非平庸磁相与奇异量子现象。
引用
@article{arxiv.2201.03290,
title = {Phase degree of freedom and topology in multiple-$Q$ spin textures},
author = {Kotaro Shimizu and Shun Okumura and Yasuyuki Kato and Yukitoshi Motome},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.03290},
year = {2022}
}