具有竞争交换相互作用的块体磁体中 Hopfion 的稳定性

磁 hopfion 是弦状的三维拓扑孤子，以 Hopf 不变量为特征。它们作为三维磁性准粒子的基本原型，并启发了自旋电子学领域的新器件概念。基于微磁模型且不考虑温度，已在某些具有竞争交换相互作用的磁体中预测了此类 hopfion 的存在。然而，块体磁体中自由移动 hopfion 的物理实现迄今难以捉摸。在此，我们考虑具有竞争交换相互作用的有效海森堡模型，并通过寻找能量面上的鞍点（代表 hopfion 经两个耦合 Bloch 点形成而衰变的过渡态）来研究 Hopf 数 $Q_\text{H}=1$ 的小环面 hopfion 的稳定性。我们结合测地 nudged elastic band 方法与改进的 dimer 方法实现，以解析鞍点附近反应路径的陡峭能量分布。我们的分析表明，能垒可达到可观高度，并主要由 hopfion 相对于晶格常数的尺寸决定。