Динамические солитоны в антиферромагнетиках

Abstract

Представлен обзор теоретических исследований магнитных солитонов в антиферромагнетиках (АФМ). Даны основные понятия физики АФМ и теории солитонов. Рассмотрение нелинейной динамики АФМ проводится с единых позиций на основе нелинейной сигма-модели для вектора антиферромагнетизма. Вывод этого уравнения и его интегралов движения обсуждается с учетом реальной структуры АФМ. Основное внимание уделяется исследованию двухпараметрических солитонов, которые характеризуются как поступательным движением центра солитона, так и внутренней динамикой спинов в солитоне. Рассмотрены солитоны различных типов: одномерные и двумерные, топологические и не обладающие топологическим зарядом. Проведен анализ эффектов понижения динамической симметрии АФМ, которые обусловлены разрушением лоренц-инвариантного характера сигма-модели. Такие эффекты возникают при последовательном учете взаимодействия Дзялошинского–Мория и/или сильного внешнего магнитного поля. Эта проблема ранее не обсуждалась в монографической литературе. Установлены классы универсальности поведения движущихся солитонов.

Представлено огляд теоретичних досліджень магнітних солітонів в антиферомагнетиках (АФМ). Дано основні поняття фізики АФМ та теорії солітонів. Розгляд нелінійної динаміки АФМ проводиться з єдиних позицій на основі нелінійної сигма-моделі для вектора антиферомагнетизму. Це рівняння та його інтеграли руху обговорюється з урахуванням реальної структури АФМ. Основна увага приділяється вивченню двопараметричних солітонів, які характеризуються як поступальним рухом центру солітону, так і внутрішньою динамікою спінів в солітоні. Розглянуто солітони різних типів: одновимірні та двовимірні, топологічні та солітони, що не мають топологічного заряду. Проведено аналіз ефектів зниження динамічної симетрії АФМ, які обумовлені руйнуванням лоренц-інваріантного характеру сигма-моделі. Такі ефекти виникають при послідовному врахуванні взаємодії Дзялошінського–Морія та/або сильного зовнішнього магнітного поля. Ця проблема раніше не обговорювалася в монографічній літературі. Встановлено класи універсальності поведінки рухомих солітонів.

The review of theoretical studies of magnetic solitons in antiferromagnets (AFM) is presented. The basic concepts of the physics AFM and of the soliton theory are given. An analysis of the nonlinear dynamics of an AFM is carried out on the unified ground with the use of a nonlinear sigma model for the antiferromagnetic vector. The derivation of this equation and its integrals of motion are discussed with accounting for the real structure of the AFM. The main attention is paid to the study of two-parametrical solitons, which are characterized by both the translational motion of the soliton center and the internal dynamics of spins inside the soliton. Solitons of various types, one-dimensional and two-dimensional, topological and not possessing a topological charge, are considered. An analysis of the effects of the lowering of the dynamic symmetry of the AFM, which are due to the destruction of the Lorentz-invariant character of the sigma model, is made. Such effects arise when the Dzyaloshinsky–Moriya interaction and/or the strong external magnetic field are accounted for consistently. The last problem was never discussed in monographic literature. The classes of universality for the behavior of moving solitons are established.