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文献综述（或调研报告）： skyrmions是一种存在于一定温度、磁场窗口下的拓扑有序磁涡旋状结构, 图1描述了skyrmions的布洛赫型二维结构以及它所受到的DM相互作用。
图1 典型的skyrmions构型[5]：(a)布洛赫型skyrmions示意图; (b)海森伯相互作用与体手性DM 相互作用共同作用下的最近邻自旋构型 当自由电子流经skyrmions时，根据skyrmions的构型, 自由电子在通过的过程中其自旋的方向是不断翻转的。将这样的翻转过程等效为一个磁场, 就是自由电子通过skyrmions时感受到的虚拟emergent磁场[6]，当skyrmions以一定速度运动时, 运动的emergent磁场还产生一个电场, 图2显示了载流子在这些场的共同作用下将产生偏转, 这就是拓扑霍尔效应(topological Hall effect)[7-9]。 图2拓扑霍尔效应skyrmions霍尔效应[10] 当自由电子流经skyrmions时受到拓扑霍尔效应产生偏转, 而skyrmions也在自由电子的反作用下,受到一个反向的作用力,这个作用力是magnus力[10], 磁结构向着另一侧偏转, 这个效应是skyrmions霍尔效应(skyrmion Hall effect)，在电流的自旋转移矩驱动下运动中产生的skyrmions霍尔效应也有类似的现象。 Skyrmions与超导体中的涡旋有许多相似之处，因为它们都是具有排斥相互作用的粒子状物体，有利于形成三角形晶格，如图3所示。自从这一初步发现以来，越来越多的化合物被确定为支持skyrmions这种晶格结构 [11-14]。 图3 skyrmions的晶格结构[15] 在许多物理系统中，运动方程由过阻尼动力支配。同样的，skyrmion系统受到magnus力的支配。关于magnus主导的skyrmions集体动力学还处于起步阶段。值得关注的问题包括在周期性固定阵列上，magnus力可能会产生热蠕变[16]和雪崩行为；一些研究已经证明惯性效应对于skyrmion动力学可能很重要[17] 。 |
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四、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证： 由于skyrmions的拓扑性质，它们的动力学由magnus力支配，作用于skyrmion的净力垂直的速度分量。并且基于Theile方程引入了一个二维粒子模型，包括skyrmion相互作用和钉扎效应[18]。在这个模型中，skyrmions的动力学由以下运动方程控制： (1) 其中是skyrmion速度，是使skyrmion净力的耗散项，是Magnus项，它将skyrmion速度旋转到垂直于净力的方向，是skyrmion-skyrmion排斥相互作用，是钉扎力，是外部驱动力。 将作用于skyrmions的力，，根据作用方向进行矢量分解成和，同样地将skyrmion速度矢量分解成和，化简可得： (2) 最后得到： (3) 第一步，令开始计算，先模拟没有耗散项下skyrmion处于稳定态的情况。接着逐渐增大至，模拟skyrmion具有吸引相互作用时且magnus项逐渐成为主导相互作用的情况。控制其他相关参数如skyrmions密度，外部驱动力，钉扎力，skyrmions的结构半径等变量不变。 第二步，调整不同的skyrmions密度，外部驱动力，钉扎力，skyrmions的结构半径等变量，重复第一步，通过做出其动力学相图系统地研究skyrmions的动力学性质。 第三步，后续开展的工作：skymions运动的动画展示；与目前发现的skyrmions动力学的实验数据对比并解释；研究magnus力主导下skyrmions的弹性或塑性脱粘跃迁行为。 |
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五、进度安排： 2019.3-2019-4 阅读、翻译文献，安装软件 2019.4-2019-5 计算结果 2019.5-2019-6 整理结果、撰写论文 |
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参考文献:
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[18] Iwasaki J, Mochizuki M and Nagaosa N 2013 Universal current-velocity relation of skyrmion motion in chiral magnets. Nature Commun. 4 1463
资料编号：[178323]
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