Skyrmion fractionnaire excentrique découvert dans des simulations numériques de superfluides ultra-froids


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  • Un scientifique de l’Université d’Osaka a découvert des skyrmions avec des nombres topologiques demi-entiers dans un superfluide ferromagnétique.

    « Cela pourrait entraîner un changement majeur dans la longue histoire de la recherche sur les skyrmions », déclare Hiromitsu Takeuchi, maître de conférences à la Graduate School of Science et au Nambu Yoichiro Institute of Theoretical and Experimental Physics (NITEP), Osaka City University, et auteur unique. de l’étude.

    Les skyrmions, un type de défaut de phase qui se forme lorsque la symétrie d’un système est spontanément brisée lors d’une transition de phase, ont un effet dominant sur le comportement macroscopique du système dans lequel ils se produisent. Ainsi, la compréhension des skyrmions a été théorisée comme fondamentale pour gouverner les propriétés physiques des systèmes à rupture spontanée de symétrie (SSB). Pour explorer cela, les scientifiques se sont tournés vers des superfluides ultra-froids comme le condensat de Bose-Einstein (BEC) car ces gaz atomiques proches du zéro absolu sont exempts des effets qui entravent la compréhension de ses propriétés intrinsèques – devenant essentiellement des simulateurs quantiques. « Sur la base des résultats d’une autre étude récente, j’avais prédit qu’un défaut topologique asymétrique inconnu apparaîtrait dans la phase ferromagnétique du BEC », déclare le conférencier Takeuchi, « mais j’ai été assez choqué quand j’ai découvert qu’il s’agissait d’un nouveau type de skyrmion. « 

    Dans une nouvelle étude publiée dans le journal de l’American Physical Society Examen physique Ale conférencier Takeuchi a montré que le mécanisme de génération de ce skyrmion fractionnaire excentrique contraste avec celui des skyrmions conventionnels.

    Lorsque des courants de spin sont appliqués à une paroi de domaine magnétique (DW), la structure interne d’un DW subit une transition d’une phase à l’autre. En fonction de la force du courant de spin, les scientifiques ont observé deux types de DW se former dans un BEC, les DW à noyau antiferromagnétique (AF) et à noyau axisymétrique brisé (BA), classés en fonction de l’aimantation locale de la paroi. Le nouveau skyrmion est généré à partir d’une instabilité qui peut être considérée comme l’équivalent fluide quantique magnétique de l’instabilité de Kelvin-Helmholtz (KHI) connue en dynamique des fluides, où les domaines de spin vers le haut et de spin vers le bas sont considérés comme deux fluides. Dans le mécanisme KHI, les skyrmions magnétiques enfermés dans le DW sont libérés d’un DW à noyau BA. Un skyrmion conventionnel a une charge topologique entière, « similaire à la façon dont une particule chargée ordinaire n’a qu’une quantité entière de charge, qui est un multiple de sa charge élémentaire », souligne le conférencier Takeuchi. « Dans le système BEC cependant, des simulations numériques sur l’instabilité dans le BA-core DW ont indiqué la génération d’un skyrmion excentrique avec un nombre quantique demi-entier. »

    Jusqu’à présent, la plus petite unité du nombre quantique topologique d’un skyrmion isolé a été reconnue comme l’unité, mais cette étude suggère qu’elle peut être la moitié de cela. L’auteur a observé à travers des modèles numériques que cela était dû à la formation spontanée d’une singularité de spin à l’intérieur du nouveau skyrmion. Ces formations ne sont pas favorisées car elles élèvent l’énergie du système, « Pourtant, il semble que ce nouveau skyrmion, qui est situé là où le magnétisme et l’ordre nématique coexistent », remarque le conférencier Takeuchi, « joue un rôle dans la suppression de l’augmentation d’énergie causée par ces singularités . » On espère que le point de vue acquis grâce à cette étude permettra la réalisation de ce nouveau skyrmion dans d’autres domaines, tels que la physique des particules et la spintronique.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de la ville d’Osaka. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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