Design of 2D Skyrmionic Metamaterial Through Controlled Assembly

要約

磁気スキルミオンとアンチスキルミオンに関する広範な研究にもかかわらず、さまざまなトポロジー、さらにはオーダーメイドのトポロジーを備えた、自明ではない高次のスキルミオン テクスチャを作成することには、大きな課題が残されています。
我々は、単層薄膜内のスキルミオニックメタマテリアルの構築経路に焦点を当てることでこの課題に取り組み、自己安定化機構により驚くほど安定している、つまり長寿命であるスキルミオニックメタマテリアルをいくつか提案します。
このため、これらの新しいテクスチャはアプリケーションに有望です。
私たちのアプローチの中心となるのは、「シミュレートされた制御アセンブリ」の概念です。つまり、トポロジカル磁気構造を好きな場所に配置し、安定性を解明するためにエネルギーを最小化できるようにする「クリックケミストリー」に触発されたプロトコルです。
最先端の AI 駆動ツールとハイスループットの原子スピンダイナミック シミュレーションを利用して、孤立したスキルミオン (トポロジカル電荷 Q=1)、アンチスキルミオン (Q=-1)、およびスキルミオニウム (Q=0) を取得しました。
。
これらのエンティティは、ここで報告されている複雑なテクスチャを形成するための基礎的な「スキルミオニック構成要素」として機能します。
この研究では、スキルミオニック システムの分野に対する 2 つの重要な貢献が紹介されています。
まず、新しいトポロジカル磁石の安定化と研究のための、原子スピンダイナミクスシミュレーションと制御されたアセンブリプロトコルの新しい組み合わせを紹介します。
次に、前述の方法を使用して、スキルミオニック メタマテリアルの発見について報告します。

要約(オリジナル)

Despite extensive research on magnetic skyrmions and antiskyrmions, a significant challenge remains in crafting nontrivial high-order skyrmionic textures with varying, or even tailor-made, topologies. We address this challenge, by focusing on a construction pathway of skyrmionic metamaterials within a monolayer thin film and suggest several skyrmionic metamaterials that are surprisingly stable, i.e., long-lived, due to a self-stabilization mechanism. This makes these new textures promising for applications. Central to our approach is the concept of ‘simulated controlled assembly’, in short, a protocol inspired by ‘click chemistry’ that allows for positioning topological magnetic structures where one likes, and then allowing for energy minimization to elucidate the stability. Utilizing high-throughput atomistic-spin-dynamic simulations alongside state-of-the-art AI-driven tools, we have isolated skyrmions (topological charge Q=1), antiskyrmions (Q=-1), and skyrmionium (Q=0). These entities serve as foundational ‘skyrmionic building blocks’ to form the here reported intricate textures. In this work, two key contributions are introduced to the field of skyrmionic systems. First, we present a a novel combination of atomistic spin dynamics simulations and controlled assembly protocols for the stabilization and investigation of new topological magnets. Second, using the aforementioned methods we report on the discovery of skyrmionic metamaterials.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google