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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2507.03550 (cond-mat)
[提交于 2025年7月4日 ]

标题: 手性依赖的太赫兹拓扑共振和磁斯格明子的惯性动力学

标题: Chirality-dependent terahertz topological resonance and inertial dynamics of magnetic skyrmions

Authors:X. D. Wang, Y. F. Duan, H. M. Dong, Kai Chang
摘要: 我们对由惯性修正的Thiele方程所控制的磁skyrmion的太赫兹(THz)光学响应进行了理论研究。 通过引入惯性质量项,我们推导出skyrmion的太赫兹吸收谱的解析表达式,揭示了一种可通过skyrmion的拓扑电荷$Q$、阻尼因子$\alpha$和有效质量$m$调控的拓扑共振现象。 共振频率$\omega_0 \propto Q/m$来源于陀螺耦合与惯性质量之间的相互作用,使得通过圆偏振太赫兹场可以精确控制skyrmion的动力学行为。 我们的结果表明,skyrmion的螺旋运动轨迹和速度分量取决于光的旋向性和拓扑电荷$Q$,临界阻尼$\alpha_c$标志着过渡到过阻尼区域。 我们的发现通过利用磁skyrmion拓扑结构与太赫兹光耦合旋向之间的相互作用,建立了一种设计可调太赫兹器件(如拓扑滤波器和探测器)的光学方法。
摘要: We present a theoretical investigation of the terahertz (THz) optical response of magnetic skyrmions governed by an inertial-modified Thiele equation. By incorporating the inertial mass term, we derive analytical expressions for the THz absorption spectrum of skyrmions, revealing a topological resonance phenomenon tunable via the skyrmion's topological charge $Q$, damping factor $\alpha$, and effective mass $m$. The resonance frequency $\omega_0 \propto Q/m$ emerges from the interplay between gyroscopic coupling and inertial mass, enabling precise control over skyrmion dynamics through circularly polarized THz fields. Our results demonstrate that the helical motion trajectories and velocity components of skyrmions depend on the chirality of light and the topological charge $Q$, with critical damping $\alpha_c$ marking the transition to overdamped regimes. Our findings establish an optical method for designing tunable THz devices, such as topological filters and detectors, by exploiting the interplay between magnetic skyrmion topology and the chirality of THz light coupling.
评论: 13页,5图
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2507.03550 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2507.03550v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.03550
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Haiming Dong [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 4 日 12:58:57 UTC (2,360 KB)
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