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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2508.10640 (cond-mat)
[提交于 2025年8月14日 ]

标题: 场诱导的手性磁体中$π$到 2$π$孤子晶格的凝聚

标题: Field-induced condensation of $π$ to 2$π$ soliton lattices in chiral magnets

Authors:M. Winter, A. Pignedoli, M. C. Rahn, A. S. Sukhanov, B. Achinuq, J. R. Bollard, M. Azhar, K. Everschor-Sitte, D. Pohl, S. Schneider, A. Tahn, V. Ukleev, M. Valvidares, A. Thomas, D. Wolf, P. Vir, T. Helm, G. van der Laan, T. Hesjedal, J. Geck, C. Felser, B. Rellinghaus
摘要: 手性孤子晶格(CSLs)是从Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、各向异性和磁场之间的竞争中出现的非平凡自旋纹理。虽然在单轴螺旋磁体中已得到充分确立,但在具有各向异性、方向依赖性手性的材料中的作用仍不清楚。在这里,我们报告了在非中心对称Heusler化合物Mn1.4PtSn中从$\pi$到2$\pi$孤子晶格的可调转变的直接观察。使用洛伦兹透射电子显微镜、共振弹性X射线散射和微磁模拟,我们确定了一个$\pi$-CSL作为磁基态,这与预期的螺旋相相反,在垂直磁场增加的情况下,该螺旋相演变为经典的2$\pi$-CSL。这种转变由单轴磁晶各向异性与磁静力相互作用之间的微妙相互作用所控制,这由双正弦-Gordon模型捕捉到。我们的分析不仅揭示了稳定这些孤子晶格的微观机制,还展示了它们在具有D2d、S4、Cnv或Cn对称性的材料中的普遍相关性。结果建立了一个广泛适用的框架,用于理解手性系统中的磁相图,对基于孤子的自旋电子器件和拓扑输运现象具有重要意义。
摘要: Chiral soliton lattices (CSLs) are nontrivial spin textures that emerge from the competition between Dzyaloshinskii-Moriya interaction, anisotropy, and magnetic fields. While well established in monoaxial helimagnets, their role in materials with anisotropic, direction-dependent chirality remains poorly understood. Here, we report the direct observation of a tunable transition from $\pi$ to 2$\pi$ soliton lattices in the non-centrosymmetric Heusler compound Mn1.4PtSn. Using Lorentz transmission electron microscopy, resonant elastic X-ray scattering, and micromagnetic simulations, we identify a $\pi$-CSL as the magnetic ground state, in contrast to the expected helical phase, which evolves into a classical 2$\pi$-CSL under increasing out-of-plane magnetic fields. This transition is governed by a delicate interplay between uniaxial magnetocrystalline anisotropy and magnetostatic interactions, as captured by a double sine-Gordon model. Our analysis not only reveals the microscopic mechanisms stabilizing these soliton lattices but also demonstrates their general relevance to materials with D2d, S4, Cnv, or Cn symmetries. The results establish a broadly applicable framework for understanding magnetic phase diagrams in chiral systems, with implications for soliton-based spintronic devices and topological transport phenomena.
评论: 11页,包括9幅图
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2508.10640 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2508.10640v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.10640
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Bernd Rellinghaus [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 14 日 13:38:14 UTC (9,929 KB)
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