电致磁涡旋等离子体的极化率

近年来，电场对磁结构的调控，特别是磁电材料中拓扑缺陷的调控，引起了广泛关注，并在利用电场产生和操控单个磁缺陷（如畴壁和斯格明子）方面取得了实验成功。本工作探索了电场产生另一类拓扑缺陷——磁涡旋和反涡旋——的情形，这类缺陷是易平面（XY）对称性材料的特征。磁电材料（如第 II 类多铁性材料）中的每个磁（反）涡旋都拥有量子化的磁荷和电荷，其中磁荷负责涡旋间的相互作用，而电荷则将涡旋耦合到电场。磁涡旋的这一特性开启了一种通过非均匀电场产生磁涡旋等离子体的独特可能性。我们证明，由悬臂尖端产生的电场会形成一个“磁原子”，其具有一个局域化的空间有序涡旋点（原子的“核”），周围环绕着反涡旋（“电子壳层”）。我们解析地得到了该结构的涡旋密度分布轮廓和极化率的温度依赖关系，并通过数值计算加以确认。我们证明，“磁原子”的电极化率随温度的变化关系为 $\alpha \sim 1/T^{1-\eta}$ ($\eta>0$)，这与欧几里得随机矩阵理论的预测一致。