Двумерные солитоны в нематичеcкой фазе магнетиков

Физика Низких Температур: Том 41, Выпуск 5 (Май 2015), c. 490-500 ( к оглавлению , назад )

Двумерные солитоны в нематичеcкой фазе магнетиков

Е.Г. Галкина¹, Б.А. Иванов², О.А. Космачев³, Ю.А. Фридман³

¹Институт физики НАН Украины, пр. Науки, 46, г. Киев, 03028, Украина
E-mail: el.galkina@gmail.com

²Институт магнетизма НАН Украины, пр. Вернадского, 36-б, г. Киев, 03142, Украина

³Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского пр. Вернадского, 4, г. Симферополь, 295007, Республика Кр

Статья поступила в редакцию 21 ноября 2014 г.

Аннотация

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.

PACS: 75.10.Jm Квантовые спиновые модели, включая квантовую спиновую фрустрацию;
PACS: 05.45.Yv Солитоны;
PACS: 03.75.Kk Динамические свойства конденсатов; коллективные и гидродинамические возбуждения, течение сверхтекучей жидкости.

Ключевые слова: спиновый нематик, солитон, уравнение Ландау–Лифшица.

Oпубликована онлайн: 23 марта 2015 г.

References

1. L. D. Landau and E. M. Lifshitz , Electrodynamics of Continuous Media, 2nd ed., edited by E. M. Lifshitz and L. P. Pitaevskiy (Nauka, Moscow, 1982). Google Scholar

2. A. I. Ahiezer , V. G. Baryakhtar , and S. V. Peletminskiy , Spin Waves (Nauka, Moscow, 1967). Google Scholar

3. V. M. Loktev and V. S. Ostrovskiy , Fiz. Nizk. Temp. 20, 983 (1994) V. M. Loktev and V. S. Ostrovskiy , [Low Temp. Phys. 20, 775 (1994)].CAS Google Scholar

4. E. L. Nagaev , Magnets with a Complex Exchange Interaction (Nauka, Moscow, 1988). Google Scholar

5. Y. Kawaguchi and M. Ueda , Phys. Rep. 520, 253 (2012). CrossRef Google Scholar

6. P. Santini , S. Carretta , G. Amoretti , R. Caciuffo , N. Magnani , and G. H. Lander , Rev. Mod. Phys. 81, 807 (2009). CrossRef Google Scholar

7. J. A. Mydosh and P. M. Oppeneer , Rev. Mod. Phys. 83, 1301 (2011). CrossRef Google Scholar

8. A. B. Borisov and V. V. Kiselev , Nonlinear Waves, Solitons and Localized Magnetic Structures, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Physics Metals, Ekaterinburg 2009. Google Scholar

9. A. M. Kosevich , B. A. Ivanov , and A. S. Kovalev , Nonlinear Magnetization Waves. Dynamic and Topological Solitons (Naukova Dumka, Kiev, 1983). Google Scholar

10. A. M. Kosevich , B. A. Ivanov , and A. S. Kovalev , Phys. Rep. 194, 117 (1990). CrossRef Google Scholar

11. A. M. Kosevich , B. A. Ivanov , and A. S. Kovalev , Physica D 3, 363 (1981). CrossRef Google Scholar

12. M. A. Hoefer , M. Sommacal , and T. J. Silva , Phys. Rev. B 85, 214433 (2012). CrossRef Google Scholar

13. S. M. Mohseni , S. R. Sani , J. Persson , T. N. A. Nguyen , S. Chung , Y. Pogoryelov , P. K. Muduli , E. Iacocca , A. Eklund , R. K. Dumas , S. Bonetti , A. Deac , M. A. Hoefer , and J. Ãkerman , Science 339, 1295 (2013). CrossRef Google Scholar

14. A. A. Belyavin and A. M. Polyakov , JETP Lett. 22, 503 (1975). Google Scholar

15. B. A. Ivanov and A. M. Kosevich , JETP Lett. 24, 495 (1976). Google Scholar

16. A. S. Kovalev , A. M. Kosevich , and K. V. Maslov , JETP Lett. 30, 321 (1979). Google Scholar

17. D. V. Filin , E. G. Galkina , and B. A. Ivanov , JETP Lett. 97, 253 (2013). CrossRef Google Scholar

18. C. SchuÃ¼tte and M. Garst , Phys. Rev. B 90, 094423 (2014). CrossRef Google Scholar

19. S. Komineas , Physica D 291, 8 (2015). CrossRef Google Scholar

20. A. F. Andreev and I. A. Grishchuk , Sov. Phys. JETP 60, 267 (1984). Google Scholar

21. A. V. Chubukov , J. Phys.: Condens. Matter 2, 1593 (1990). CrossRef Google Scholar

22. V. I. Marchenko , JETP Lett. 48, 427 (1988). Google Scholar

23. A. V. Chubukov , K. I. Ivanova , P. Ch. Ivanov , and E. R. Korutcheva , J. Phys.: Condens. Matter 3, 2665 (1991). CrossRef Google Scholar

24. Yu. A. Fridman , O. A. Kosmachev , A. K. Kolezhuk , and B. A. Ivanov , Phys. Rev. Lett. 106, 097202 (2011). CrossRef Google Scholar

25. Yu. A. Fridman , O. A. Kosmachev , and P. N. Klevets , J. Magn. Magn. Mater. 320, 435 (2008). CrossRef Google Scholar

26. V. G. Bar'yakhtar , V. I. Butrim , A. K. Kolezhuk , and B. A. Ivanov , Phys. Rev. B 87, 224407 (2013). CrossRef Google Scholar

27. A. Smerald and N. Shannon , Phys. Rev. B 88, 184430 (2013). CrossRef Google Scholar

28. M. Y. Kovalevsky and A. V. Glushchenko , J. Magn. Magn. Mater. 355, 192 (2014). CrossRef Google Scholar

29. M. Y. Kovalevsky and A. V. Glushchenko , Ann. Phys. 349, 55 (2014). CrossRef Google Scholar

30. O. A. Kosmachev , Yu. A. Fridman , E. G. Galkina , and B. A. Ivanov , J. Exp. Theor. Phys. 147, 320 (2015). Google Scholar

31. B. A. Ivanov and R. S. Khimin , J. Exp. Theor. Phys. 131, 343 (2007). Google Scholar

32. B. A. Ivanov , JETP Lett. 84, 90 (2006). Google Scholar

33. N. A. Mikushina and A. S. Moskvin , Phys. Lett. A 302, 8 (2002). CrossRef Google Scholar

34. B. A. Ivanov , R. S. Khymyn , and A. K. Kolezhuk , Phys. Rev. Lett. 100, 047203 (2008). CrossRef Google Scholar

35. E. G. Galkina , V. I. Butrim , Yu. A. Fridman , B. A. Ivanov , and F. Nori , Phys. Rev. B 88, 144420 (2013). CrossRef Google Scholar

36. E. G. Galkina , B. A. Ivanov , and B. I. Butrim , Fiz. Nizk. Temp. 40, 817 (2014) E. G. Galkina , B. A. Ivanov , and B. I. Butrim , [Low Temp. Phys. 40, 635 (2014)]. CrossRef Google Scholar

37. B. A. Ivanov , A. Yu. Galkin , R. S. Khymyn , and A. Yu. Merkulov , Phys. Rev. B 77, 064402 (2008). CrossRef Google Scholar

38. A. M. Perelomov , Usp. Fiz. Nauk 123, 23 (1977). CrossRef Google Scholar

39. A. Perelomov , Generalized Coherent States and Their Applications (Springer-Verlag, Berlin, 1986). Google Scholar

40. B. A. Ivanov and A. K. Kolezhuk , Phys. Rev. B 68, 052401 (2003). CrossRef Google Scholar

41. P. de Gennes , Liquid Crystal Physics (Mir, Moscow, 1977). Google Scholar

42. N. Papanicolaou , Nucl. Phys. B 305, 367 (1988). CrossRef Google Scholar

43. M. E. GouvÃªa , G. M. Wysin , A. R. Bishop , and F. G. Mertens , Phys. Rev. B 39, 11840 (1989). CrossRef Google Scholar

44. G. M. Wysin , Phys. Rev. B 49, 8780 (1994). CrossRef Google Scholar

45. A. R. VÃ¶lkel , G. M. Wysin , A. R. Bishop , and F. G. Mertens , Phys. Rev. B 44, 10066 (1991). CrossRef Google Scholar

46. J. Karadamoglou and N. Papanicolau , Phys. Rev. B 60, 9477 (1999). CrossRef Google Scholar

47. V. P. Voronov , B. A. Ivanov , and A. M. Kosevich , J. Exp. Theor. Phys. 84, 2235 (1983). Google Scholar

48. B. A. Ivanov and V. A. Stephanovich , Phys. Lett. A 141, 89 (1989). CrossRef Google Scholar

49. E. A. Turov , A. V. Kolchanov , V. V. Menshenin , I. F. Mirsaev , and V. V. Nikolaev , Symmetry and Physical Properties of Antiferromagnets (Fizmatlit, Moscow, 2001). Google Scholar

50. B. A. Ivanov and B. A. Kolezhyk , Fiz. Nizk. Temp. 21, 355 (1995) B. A. Ivanov and B. A. Kolezhyk , [Low Temp. Phys. 21, 275 (1995)].CAS Google Scholar

51. B. A. Ivanov , Fiz. Nizk. Temp. 31, 841 (2005) B. A. Ivanov , [Low Temp. Phys. 31, 635 (2005)]. CrossRef Google Scholar

52. I. V. Baryakhtar and B. A. Ivanov , J. Exp. Theor. Phys. 85, 328 (1983).CAS Google Scholar

53. B. A. Ivanov and D. D. Sheka , Phys. Rev. Lett. 72, 404 (1994). CrossRef Google Scholar

54. T.-L. Ho , Phys. Rev. Lett. 81, 742 (1998). CrossRef Google Scholar

55. C. V. Ciobanu , S.-K. Yip , and T.-L. Ho , Phys. Rev. A 61, 033607 (2000). CrossRef Google Scholar

56. M. Ueda and M. Koashi , Phys. Rev. A 65, 063602 (2002). CrossRef Google Scholar

57. R. Barnett , A. M. Turner , and E. Demler , Phys. Rev. Lett. 97, 180412 (2006). CrossRef Google Scholar