Quantum tunneling of helicity for antiferromagnetic skyrmions

Анотація

Досліджено квантові тунельні ефекти тунелювання спіральності для двовимірних топологічних солітонів, скирміонів, для тонких плівок скошених антиферомагнетиків. Використовуючи підхід сигма-моделі, було продемонстровано, що квантове тунелювання між станами з різною спіральністю є можливим для скирміонів, стабілізованих дипольною магнітною взаємодією. Запропоновано аналітичну модель, що включає ефективний локальний доданок, який імітує нелокальну дипольну взаємодію, та знайдено інстантонні рішення, що описують процес тунелювання. За допомогою підходу інтегралів по траєкторії було обчислено ймовірність тунелювання і показано, що тунельна експонента може досягати значень для нанометрових плівок таких матеріалів, як борат заліза FeBO₃ або гематит α-Fe₂O₃. Виявлено новий ефект інтерференції інстантонних шляхів у присутності зовнішнього магнітного поля, який проявляється у вигляді осциляції тунельного розщеплення рівнів енергії як функції поля. Ці квантові ефекти можна спостерігати за експериментально доступних температур нижче десятків Кельвін. Отримані результати сприяють розумінню квантових властивостей антиферомагнітних скирміонів та їхнього потенційного застосування в пристроях магнітної пам’яті або обробки інформації.