Cristalización de skyrmiones en la red de kagome a partir de un líquido de espín quiral

H. D. ROSALES; F. A. GÓMEZ ALBARRACÍN; P. PUJOL; L. JAUBERT

Congreso; 106a RAFA - Reunión Anual de Física - 2021; 2021

(Charla invitada) En los últimos años, los sistemas excitaciones topológicas han sido un tema de constante investigación en materia condensada. En este contexto aparecen los skyrmiones [1] y semi-skyrmiones (merones) [2], que son texturas magnéticas tipo vórtice con propiedades similares a partículas. Estos objetos, cuyo tamaño típico varía desde unos pocos a unos cientos de nanómetros, se han convertido en candidatos prometedores para futuras aplicaciones espintrónicas como las memorias racetrack [3]. Bajo ciertas circunstancias, los skyrmiones se pueden ordenar formando arreglos periódicos o redes de skyrmiones cuya naturaleza admite dos tipos de interpretación: o bien como una aglomeración de de cuasi-partículas dispuestas en una geometría compacta, o bien como una superposición coherente de hélices de espines. Esta doble interpretación da lugar a uno de los temas actuales más importantes a abordar es el decómo se cristaliza una red de skymiones. En este trabajo, exploramos la aparición y estabilidad térmica de skyrmiones a partir de un fondo líquido de espín quiral como precursor de skyrmiones aislados, y su posterior cristalización. En primer lugar, empleando simulaciones numéricas de Monte Carlo a gran escala, mostramos que el efecto combinado de interacciones antisimétricas y degeneración macroscópica conduce a una gran variedad de fases topológicamente no triviales incluyendo bimerones, skyrmiones, líquidos de skyrmiones y líquidos de espín quiral. Finalmente, mostramos que el proceso de cristalización de skyrmiones posee las características presentadas en la teoría KTHNY [4] observándose una transición intermedia a una fase hexática con orden de traslación de corto alcance y cuasi-largo alcance de órden orientacional.[1] Muhlbauer, S. et al., Skyrmion lattice in a chiral magnet, Science 323, 915 (2009).[2] Gao, S., Rosales, H.D., Gómez Albarracín, F.A. et al., Fractional antiferromagnetic skyrmionlattice induced by anisotropic couplings, Nature 586, 37 (2020).[3] G¨obel, B., Schaffer, A.F., Berakdar, J. et al., Electrical writing, deleting, reading, and moving ofmagnetic skyrmioniums in a racetrack device, Sci. Rep. 9, 12119 (2019).[4] B. I. Halperin and D. R. Nelson, Phys. Rev. Lett. 41, 121 (1978); D. R. Nelson and B. I. Halperin,Phys. Rev. B 19, 2457 (1979); A. P. Young, Phys. Rev. B 19, 1855 (1979).