凝聚態(tài)物理學對拓撲自旋紋理，特別是磁性斯格明子，產(chǎn)生了濃厚的興趣。這些納米級的拓撲保護磁渦旋由于其低能耗操縱和快速運動的潛力，在未來的自旋電子器件中具有巨大的前景。在表現(xiàn)出斯格明子晶格形成的材料中，MnSi由于其相對較高的居里溫度和通過外加磁場誘導斯格明子的容易性而成為一個突出的候選者。

MnSi是一種著名的手性磁體，在特定的溫度和磁場條件下可以形成斯格明子晶格。小角度中子散射（SANS）技術使得在納米尺度上觀察這些結(jié)構(gòu)成為可能。之前的研究主要集中在靜態(tài)特性上，但最近發(fā)表在《物理評論B》的研究使得在交變電流下探索動態(tài)行為成為可能。

簡要概述

在深入探討動力學之前，有必要對磁性斯格明子有一個基本的了解。這些拓撲對象的特點是空間變化的磁化矢量，形成了一個球面到二維平面的平滑映射。斯格明子的拓撲保護賦予了它們非凡的穩(wěn)定性。在某些材料（如MnSi）中，這些斯格明子可以排列成周期性的晶格，表現(xiàn)出集體行為。

SANS是一種研究納米尺度磁性結(jié)構(gòu)的不可或缺的技術。中子具有磁矩，可以與電子自旋產(chǎn)生的磁場相互作用。通過分析入射到樣品上的中子的散射圖案，研究人員可以提取有關磁性結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和取向的寶貴信息。對于斯格明子來說，SANS可以直接可視化斯格明子晶格及其在外界擾動下的演化。

實驗裝置和方法

為了研究MnSi中磁性斯格明子晶格在交流條件下的動力學，需要一個復雜的實驗裝置。將MnSi單晶安裝在低溫恒溫器中以控制溫度，因為斯格明子的形成通常是溫度依賴的。對樣品施加交流電流，在斯格明子上產(chǎn)生洛倫茲力并驅(qū)動其運動。SANS儀器被放置以捕獲入射到樣品上的中子的散射圖案。通過改變交流頻率和振幅，研究人員可以研究斯格明子晶格對不同驅(qū)動力的響應。

斯格明子晶格的動力學

對MnSi樣品施加交流電流導致作用于斯格明子晶格的力之間發(fā)生復雜的相互作用。洛倫茲力驅(qū)動斯格明子沿著垂直于電流和磁場的方向運動。然而，斯格明子也會受到晶格缺陷和雜質(zhì)的釘扎力，阻礙其運動。

在低交流頻率下，斯格明子晶格表現(xiàn)出塑性變形。斯格明子集體運動，但由于釘扎作用，晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。這種塑性變形在SANS圖案中表現(xiàn)為斯格明子布拉格峰的旋轉(zhuǎn)和展寬。隨著交流頻率的增加，斯格明子響應釘扎力的時間減少，導致塑性變形減少。

在超過臨界頻率后，斯格明子晶格從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥誀顟B(tài)。在這種狀態(tài)下，斯格明子在其平衡位置附近振蕩，而沒有明顯的晶格變形。SANS圖案表現(xiàn)出更尖銳的布拉格峰，表明斯格明子晶格具有更高的有序性。

位錯動力學和交流頻率依賴性

觀察到的斯格明子晶格行為可以歸因于晶格內(nèi)位錯的動力學。位錯是破壞斯格明子規(guī)則排列的拓撲缺陷。在低頻下，位錯可以在晶格中積累和移動，導致塑性變形。在較高頻率下，位錯沒有足夠的時間移動，斯格明子晶格表現(xiàn)出彈*行為。

交流頻率在控制位錯密度方面起著至關重要的作用。通過調(diào)整頻率，研究人員可以操縱斯格明子晶格的動力學，并有可能將其響應優(yōu)化用于特定的應用。

結(jié)論

在交流電流作用下，對MnSi中磁性斯格明子晶格的詳細動力學研究代表了我們對這些迷人拓撲物體的理解向前邁出的重要一步。SANS和交流電流操縱的結(jié)合為洛倫茲力、釘扎力和位錯動力學之間的相互作用提供了寶貴的見解。這些發(fā)現(xiàn)對于開發(fā)基于斯格明子運動的新型自旋電子器件具有深遠的影響。