Numerical simulation of two-dimensional magnetic skyrmion structures

Abstract

В данной работе с помощью алгоритма Метрополиса авторами были изучены магнитные системы, в которых из-за конкуренции между прямым гейзенберговским обменом и взаимодействием Дзялошинского-Мория возникают магнитные вихревые структуры-скирмионы. В статье рассматриваются условия зарождения и стабильного существования магнитных скирмионов в двумерных магнитных пленках в рамках классической модели Гейзенберга. Изучена термическая стабильность скирмионов в магнитной пленке. Были рассмотрены процессы формирования различных состояний в изучаемой системе при варьировании величины внешнего магнитного поля, выделены различные фазы, в которые переходит система спинов Гейзенберга. Было выделено семь фаз: парамагнитная, спиральная, лабиринтная, спираль-скирмионная, скирмионная, скирмион-ферромагнитная и ферромагнитная фазы, подробный анализ конфигураций которых приводится в статье. Построены две фазовые диаграммы: на первой показано поведение системы при постоянном D в зависимости от величин внешнего магнитного поля и температуры: (T, B), на второй-изменение конфигураций системы при постоянной температуре T в зависимости от величины взаимодействия Дзялошинского-Мории и внешнего магнитного поля: (D, B). Полученные в ходе численных экспериментов данные будут использованы в дальнейших исследованиях при определении модельных параметров системы для формирования стабильного скирмионного состояния и разработки методов контроля скирмионов в магнитной пленке. Ключевые слова: магнитный скирмион, модель Гейзенберга, алгоритм Метрополиса, фазовая диаграмма, высокопроизводительные вычисления Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования, государственное задание № 075-00400-19-01.