Двумерные солитоны в нематичеcкой фазе магнетиков с изотропным обменным взаимодействием

Abstract

Исследованы двумерные топологические солитоны-вихри для состояний спинового нематика в магнетиках со спинами S = 1 и S = 3/2. В зависимости от параметров магнетика реализуются или чисто мультипольные вихри, с квадрупольным параметром для нематика со спином S = 1, или октупольным параметром для нематика со спином S = 3/2, или вихри с несингулярным ядром. Вихревое ядро отвечает области макроскопического размера с разрушенным нематическим порядком. Переход к вихрям с ядром происходит при критических значениях параметра системы. При этом формируется или ферромагнитный вихрь с насыщенным значением магнитного момента в ядре, или вихрь с антиферромагнитным порядком в ядре. Динамические свойства вихря с ферромагнитным ядром характеризуются наличием гироскопической силы, а для вихря с антиферромагнитным ядром имеет место лоренц-инвариантная динамика, характерная для антиферромагнетиков в рамках сигма-модели.

Досліджено двовимірні топологічні солітони-вихори для станів спінового нематика в магнетиках зі спінами S = 1 та S = 3/2. Залежно від параметрів магнетика реалізуються або чисто мультипольні вихори, з квадрупольним параметром для нематика із спіном S = 1, або октупольним параметром для нематика із спіном S = 3/2, або вихори з несингулярним ядром. Вихорове ядро відповідає області макроскопічного розміру із зруйнованим нематичним порядком. Перехід до вихорів з ядром відбувається при критичних значеннях параметра системи. При цьому формується або феромагнітний вихор з насиченим значенням магнітного моменту в ядрі, або вихор з антиферомагнітним порядком в ядрі. Динамічні властивості вихору з феромагнітним ядром характеризуються наявністю гіроскопічної сили, а для вихору з антиферомагнітним ядром має місце лоренц-інвариантна динаміка, характерна для антиферомагнетиків у рамках сигма-моделі.

Two-dimensional topological vortex-like solitons are investigated for spin nematic states for magnets with spins S = 1 and S = 3/2. Either pure-multipole vortices, with quadrupolar order parameter for S = 1 system and octupolar order parameter for S = 3/2 system, or vortices with non-singular core, are realized for different parameters of the system. The vortex core corresponds to the macroscopic region with broken nematic order. The transition to the core-full vortices takes place at some critical value of system parameters. Either ferromagnetic vortex with saturated magnetic moment within the core or the vortex with antiferromagnetic order are formed. For ferromagnetic vortices, dynamical properties are characterized by the presence of the gyroforce, whereas the dynamics is Lorents-invariant (as for antiferromagnets within the sigma-model) for the vortex with antiferromagnetic core.