Antiferromagnetisk bimeron viser kaotisk adfærd

Magnetisk bimeron er en topologisk spin-tekstur med partikellignende egenskaber, som kan eksistere i chirale magneter med in-plan magnetisk anisotropi. Den magnetiske bimeron med topologisk ladning af én kan betragtes som en pendant til den magnetiske skyrmion i vinkelret magnetiserede systemer. Indtil nu, undersøgelserne af magnetiske bimeroner fokuserer på de ferromagnetiske systemer. Dynamikken af ​​bimeron i antiferromagneter er stadig undvigende.

For nylig, et internationalt forskerhold fra Kina, Japan, og Australien studerede teoretisk dynamikken i antiferromagnetiske bimeroner. De forudsagde stabilisering af de isolerede bimeroner i antiferromagneter og demonstrerede numerisk skabelse og strøminduceret bevægelse af en isoleret bimeron i den antiferromagnetiske tynde film. De afslørede også, at bevægelsen af ​​et antiferromagnetisk bimeron induceret af vekselstrømme adlyder den velkendte Duffing-ligning, som beskriver oscillationen af ​​et objekt med en masse under påvirkning af ikke-lineære genopretningskræfter. For et ikke -lineært system, kaotisk adfærd kan findes. Ved at beregne bifurkationsdiagrammer og Lyapunov-eksponenter, det konstateres, at de periodiske og kaotiske bevægelser vises med mellemrum, når dæmpningskonstanten og drivstrømstætheden varieres. Resultaterne er nyttige til forståelse af bimeronfysik i antiferromagneter og kan give retningslinjer for bygning af spintroniske enheder baseret på bimeroner.

Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , i et papir af Prof. Yan Zhou's Group fra The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen, og fire samarbejdspartnere fra Sichuan Normal University, Kina, Universitetet i Tokyo, Japan, Shinshu Universitet, Japan, og University of New South Wales, Australien.

"På grund af spin -strukturens egenskaber ved antiferromagneter, antiferromagnetiske spin-teksturer har rigere dynamik end ferromagnetiske, " siger hr. Laichuan Shen, en forsker ved The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen, og den første forfatter til undersøgelsen. "Vi bruger spin -strømmen til at skabe den antiferromagnetiske bimeron, og at køre den med en hastighed på et par kilometer i sekundet uden nogen tværgående drift. Også, vi finder ud af, at når en vekselstrøm påføres for at drive det antiferromagnetiske bimeron, dens bevægelsesligning er den velkendte Duffing-ligning, og dens bevægelsesadfærd er kaotisk for visse parameterværdier."

"Fordi i antiferromagneter med to subgitter er Magnus-kraften fuldstændig udlignet, kan det antiferromagnetiske bimeron bevæge sig direkte langs den påførte strøm, hvilket kan være afgørende for spintronic-enheder. I øvrigt, den kaotiske adfærd af disse bimeroner i nærvær af AC-drev i lavdæmpende antiferromagneter kan være gavnlig til stokastiske applikationer, såsom neuromorfisk databehandling, " forklarer Dr. Oleg A. Tretiakov, lektor ved University of New South Wales, og medforfatter af denne undersøgelse.

"Det antiferromagnetiske bimeron kan bruges som Duffing-oscillatoren, og forslaget om en sådan antiferromagnetisk spin-tekstur kan potentielt skabe mange spændende muligheder for det nye felt, "forklarer prof. Yan Zhou, lektor ved det kinesiske universitet i Hong Kong, Shenzhen, og den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

"I de sidste 10 år, de fleste undersøgelser på området har fokuseret på skyrmioner i ferromagnetiske materialer, mens skyrmions og andre topologiske spin -teksturer også kan eksistere i antiferromagnetiske materialer. Vores arbejde viser, at de antiferromagnetiske topologiske spin-teksturer kan være lige så nyttige som ferromagnetiske, " siger prof. Guoping Zhao, Professor ved Sichuan Normal University, og den anden tilsvarende forfatter til undersøgelsen.