О рассеянии спиновых волн на солитоне в двумерном изотропном ферромагнетике

Abstract

Аналитически исследовано рассеяние магнонов на двумерном топологическом солитоне Белавина-Полякова в изотропном ферромагнетике. Показано, что в длинноволновом пределе может быть проведен полный анализ задачи о рассеянии спиновой волны на солитоне с произвольным значением топологического заряда солитона n. Выяснены общие закономерности солитон-магнонного взаимодействия, в частности связь характера рассеяния с поведением моды при стремлении к нулю волнового вектора магнона k. Оказалось, что интенсивность рассеяния максимальна для парциальных волн с азимутальным числом m=0,±1,±2 (m =v - 1). Хотя общая закономерность состоит в том, что мода с максимальным рассеянием всегда переходит в локальную при k→0, этот факт не является критическим для интенсивности рассеяния. В частности, для n=1 интенсивность рассеяния парциальной волны с m = -1 (нет локальной моды при k→0) сильнее, чем с m = + 1 (имеется локальная мода при k→0).

Аналітично досліджено розсіяння магнонів на двовимірному топологічному солітоні Белавіна- Полякова в ізотропному феромагнетику. Показано, що в довгохвильовому наближенні може бути проведено повний аналіз задачі про розсіяння спінової хвилі на солітоні з довільним значенням топологічного заряду солітона v. З’ясовано загальні закономірності солітон-магнонної взаємодії, зокрема зв’язок характеру розсіяння з поведінкою моди, коли хвильовий вектор магнона k наближається до нуля. Виявилося, що інтенсивність розсіяння максимальна для парціальних хвиль з азімутальним числом m = 0, ±1, ±2 (m=ν−1). Хоч загальна закономірність полягає в тому, що мода з максимальним розсіянням завжди переходить у локальну при k→0, цей факт не є критичним для інтенсивності розсіяння. Зокрема, для v = 1 інтенсивність розсіяння парціальної хвилі c m = -1 (немає локальної моди при k→0) сильніша, ніж c m = +1 (існує локальна мода при k→0).

Scattering of magnons by a two-dimensional topological Belavin–Polyakov soliton in an isotropic ferromagnet is studied analytically. It is shown that the problem of spin wave scattering by a soliton with an arbitrary value of the topological charge ν can be analyzed completely in the longwave limit. General principles of the soliton–magnon interaction are studied, especially the relation between scattering and the behavior of the mode as the magnon wave vector k approaches zero. It is found that the scattering intensity has its maximum value for partial waves with the azimuthal number m=0,±1,±2 (m=ν−1). Although the mode with the maximum scattering always passes to a local mode for k→0 according to the general law, this fact is not crucial for the scattering intensity. In particular, the scattering intensity is stronger for a partial wave with m=−1 for ν=1 (there is no local mode for k→0) than for a partial wave with m=+1 (a local mode exists for k→0).