通过单节点、十亿自旋规模的原子istic框架发现多通道磁性hoppion湮灭
计算物理
2026-05-26 v1 材料科学
软件工程
原子物理
摘要
现代原子istic自旋仿真结合了长时序随机轨迹、热力学采样、静态优化和多图像过渡路径工作流程，所有方法都依赖反复评估自旋哈密顿量，在3D磁纹理所需的大型晶格上变得计算上不可行。我们引入SpinX，一个基于GPU的原子istic自旋仿真框架，构建于统一的哈密顿量接口和多个用户可选择的计算后端之上。其核心是晶体学亚晶格分解，将平移不变的自旋相互作用重新表述为多通道张量卷积，使其能够支持稠密、稀疏和FFT基卷积后端，同时通过配对列表评估和倒数空间FFT处理不规则系统和远场偶极场。实现于JAX中，SpinX支持确定性和随机Landau-Lifshitz-Gilbert动力学、蒙特卡罗采样、静态优化、动力学光谱以及字符串和测地线 nudged elastic band过渡路径计算，可在异构加速器平台上运行。经验证的混合精度模式将fp32场评估与fp64自旋状态传播相结合。我们对SpinX进行了验证，从分析单自旋动力学、bcc Fe的有限大小热力学和横向动力学结构因子进行测试。性能基准显示，在单个加速器器件上峰值吞吐量可超过每秒100亿个自旋点操作，单节点工作负载可处理超过十亿个原子自旋。将该框架应用于交换稳定的磁性hoppion，我们发现其在百万自旋原子istic晶格上存在两种竞争的湮灭通道：一种是已报告的轴向坍缩路径，另一种是一种具有不同过渡形态和激活垒的明显侧向裂纹路径。（由于arXiv限制，摘要此处为缩短版）
关键词
引用
@article{arxiv.2605.26016,
title = {Uncovering multi-channel magnetic hopfion annihilation via a single-node, billion-spin-scale atomistic framework},
author = {Qichen Xu and Anna Delin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.26016},
year = {2026}
}