스카이미온

Skyrmion

입자 이론에서 스카리미온(/skkːrmi).δn/)은 특정 클래스의 비선형 시그마 모델의 위상적으로 안정된 필드 구성입니다.이것은 원래 (그리고 그 이름을 따서)에 의해 핵자의 모델로 제안되었다.1961년 [1][2][3][4]토니 스카이라임.파이온장에서의 위상 솔리톤으로서 단순히 핵자의 반지름을 고정함으로써 핵자의 여러 저에너지 특성을 합리적인 정확도로 모델링할 수 있다는 놀라운 특성을 가지고 있다. 이후로 끈 이론의 특정 분야뿐만 아니라 고체 물리학에도 적용되고 있습니다.

토폴로지 오브젝트로서의 스카리미온은 고체물리학, 특히 스핀트로닉스의 신기술에서 중요합니다.예를 들어 3D 유효 스핀 '헤지호그'(마이크로 자기장: 호모토피도+1의 이른바 '혈점' 특이점)에서 위상물체로서의 2차원 자성 스카이미온을 입체 투영에 의해 형성하고, 이를 통해 정극 스핀을 원단 D에 매핑한다.tive south-pole 스핀은 디스크의 중앙에 매핑됩니다.예를 들어 광전자 또는 폴라리톤 유체와 같은 스피너 장에서 스카이미온 위상은 완전한 푸앵카레[5] 빔(즉,[6] 편광의 모든 상태를 포함하는 스핀양자 소용돌이)에 대응합니다.

스카리미온은 보스-아인슈타인 응축물,[7] 얇은[8] 자기막, 키랄 네매틱 [9]액정있는 것으로 보고되었지만 결정적으로 증명되지는 않았다.

핵자의 모델로서 스카리미온의 위상 안정성은 중입자수가 보존되어 있다는, 즉 양성자가 붕괴하지 않는다는 진술로 해석될 수 있다.Skyrme Lagrangian은 본질적으로 핵자의 단일 매개 변수 모델입니다.매개변수를 고정하면 양성자 반지름이 고정되고 약 30%로 정확한 것으로 보이는 다른 모든 저에너지 특성도 고정된다.모형의 예측력이 핵자의 모델로서 매우 매력적입니다.

공동화된 스카미온은 핵자의 키랄백 모델(체셔 고양이 모델)의 기초를 형성합니다.페르미온 스펙트럼과 비선형 시그마 모델의 위상 권선수 사이의 이중성에 대한 정확한 결과는 Dan Freed에 의해 얻어졌다.이는 핵자에 대한 양자 색역학(QCD) 설명과 핵자에 대한 스카이르메 모델 사이의 이중성의 기초로 해석될 수 있다.

스카미온은 양자화 되어 바리온과 공명 상태의 [10]양자 중첩을 형성할 수 있다.그것은 핵물질의 [11]특성으로 예측할 수 있다.

위상 솔리톤

필드 이론에서 스카리미온은 비사소한 표적 다양체 위상을 가진 비선형 시그마[12] 모델의 동질적이지 않은 고전적 해이다. 따라서, 그것들은 위상 솔리톤이다.하나의 중간자의 카이랄[13] 모델에서 발생하며, 여기서 대상 다지관은 구조 그룹균질 공간이다.

여기서 SU(N)L와 SU(N)R는 좌우 카이랄 대칭이고 SU(N)diag대각 부분군입니다.핵물리학에서, N = 2일 때, 키랄 대칭은 핵자이소스핀 대칭으로 이해된다.N = 3의 경우 위, 아래 및 이상한 쿼크 사이의 이소플라보 대칭이 더 깨지고 스카이미온 모델은 성공 또는 정확도가 떨어집니다.

시공간토폴로지3 S×R을 갖는다면, 세 번째 호모토피 그룹이 있기 때문에 고전적 구성은 적분 권선[14] 번호로 분류될 수 있다.

는 정수의 고리에 해당하며, 일치 부호는 동형사상을 나타냅니다.

위상 항을 키랄 라그랑지안에 추가할 수 있으며, 그 적분은 호모토피 등급에만 의존하며, 이는 양자화 모델에서 초선택 섹터가 된다.(1 + 1)차원 시공간에서 스카이미온은 사인-고든 방정식의 솔리톤에 의해 근사될 수 있다. 베테 앤사츠 등에 의한 양자화 후, 그것은 질량 티링 모델에 따라 상호작용하는 페르미온으로 변한다.

라그랑지안

스카이르미온을 위한 라그랑지안은 (3 + 1)차원 시공간에서) 핵-핵 상호작용의 원래 키랄 SU(2) 유효 라그랑지안을 위해 쓰여진 것과 같이 다음과 같이 쓸 수 있다.

서 L = U U {\ }= , exp i {\ { U = \ {tututerator, tr은 매트릭스 트레이스입니다.시공간 에서의 중간자장(파이온장, 최대 계수 x({x})는 ( ({}} = { { = → {{ 주어진다. L의 기하학적 해석에 대한 광범위한 리뷰가 제시되어 있다

이렇게 표기하면 \U는 분명히 Lie 그룹 SU(2)의 요소이고, \Lie 대수 su(2)의 요소이다.파이온 필드는 시공간에서 SU(2)의 주요 섬유 번들의 접선 번들의 일부라고 추상적으로 이해할 수 있습니다.이 추상적 해석은 모든 비선형 시그마 모델의 특징입니다.

첫 번째 항 ( Lμ) ( \ \} ( L { \ } L^ { \ } )는 비선형 시그마 모델의 2차 항을 쓰는 특이한 방법으로, ( Uμ μ U U U μ μ μ μ μ {\ tr } {\ } {\ tr } {\ tr } {\ tr } {\ tr }{\ tr } {\ tr } \ 핵자의 l은 다음과 같이 쓴다.

1 + 차원에서는 이 상수는 치수가 아니기 때문에 필드 정의에 흡수될 수 있습니다.)

두 번째 항은 가장 낮은 에너지 솔리톤 용액의 특징적인 크기를 설정하며 솔리톤의 유효 반지름을 결정합니다.핵자의 모델로서 양성자의 정확한 반지름을 제공하도록 통상 조절된다.이렇게 되면 핵자의 다른 저에너지 특성은 약 30%의 정확도로 자동적으로 고정된다.그 결과 핵자의 스카이르메 모델을 매우 매력적이고 흥미롭게 만드는 독립적인 매개 변수들을 결합하고, 그렇게 꽤 정확하게 하는 것입니다.따라서 예를 들어 4차항에서의 g {\ g rho meson(핵 벡터 중간자)과 파이온 사이의 벡터-파이온 결합 δ–θ–로 해석되며, 스카이미온은 이 상수의 값을 바리온 반지름에 관련짓는다.

노에테르 전류

국소 권선수 밀도는 다음과 같이 구한다.

여기서 {\^{\\alpha }}는 완전히 반대칭인 Levi-Civita 기호(이 문맥에서는 호지 별)이다.

물리량으로서는 μ 0(\}) }=으로 보존되며, 보존은 키랄 대칭에 대한 노에테르 전류로 이어진다.

대응하는 전하가 바리온 번호입니다.

보존 전하로서, 이것은 시간에 의존하지 않는다: / t {\dB/ 양자가 붕괴하지 않는다는 물리적 해석이다.

키랄백 모델에서는 중앙에서 구멍을 내고 쿼크로 채웁니다.이러한 명백한 "해커리"에도 불구하고, 총 바리온 수는 보존됩니다. 즉, 구멍에서 누락된 전하가 [15][16][17]가방 안에 있는 진공 페르미온의 스펙트럼 비대칭성에 의해 정확히 보상됩니다.

자성 재료/데이터 스토리지

스카리미온의 한 가지 특별한 형태는 자성 스카리미온으로, 자성 물질에서 발견되는데, 이는 자성 물질에서 자성 자성을 띠는 것으로, 잘로신스키-모리야 상호작용,[19] 이중 교환[18] 메커니즘 또는 경쟁하는 하이젠베르크 교환 상호작용에 기인한다.이들은 1nm만큼 작은 "도메인"을 형성한다(예: Ir(111)[20]의 Fe).마그네틱 스카이미온은 크기가 작고 에너지 소비량이 적기 때문에 미래의 데이터 스토리지 솔루션 및 기타 스핀트로닉스 [21][22][23]장치에 적합합니다.연구원들은 스캐닝 터널링 [24][25]현미경을 이용하여 스카리미온을 읽고 쓸 수 있었다.스카이미언의 유무를 나타내는 위상전하는 비트상태 "1"과 "0"을 나타낼 수 있습니다.실온 스카이미온이 보고되었다.[26][27]

스카이미온은 기존의 자기 장치보다 몇 배나 약한 전류 밀도로 작동합니다.2015년에는 상온 조건에서 마그네틱 스카이미온을 생성하고 이용할 수 있는 실용적인 방법이 발표되었습니다.이 장치는 코발트와 팔라듐얇은 막 위에 인공적인 블로흐 스카이미온 격자로 자화된 코발트 디스크 어레이를 사용했습니다.비대칭 자기 나노도트는 수직 자기 이방성(PMA)을 가진 언더레이어에 제어된 원형으로 패턴화되었습니다.극성은 맞춤형 자기장 시퀀스에 의해 제어되며 자기계 측정에서 입증됩니다.소용돌이 구조는 임계 이온 조사 단계에 의해 PMA를 억제함으로써 하층 계면 영역에 각인됩니다.격자는 편광 중성자 반사계로 식별되며 자기저항 [28][29]측정으로 확인되었다.

최근(2019년) 연구에서는[30] (전류가 없을 때) 순수하게 전기장을 사용하여 스카이미온을 이동하는 방법을 보여주었다.저자들은 두께 기울기와 잘로신스키-모리야 상호작용을 가진 Co/Ni 멀티레이어를 사용하고 스카이라미온을 시연했다.그들은 변위와 속도가 인가 [31]전압에 직접적으로 의존한다는 것을 보여주었다.

2020년 스위스연방재료과학기술연구소(Empa)의 연구팀은 [citation needed]상온에서 두 가지 다른 종류의 스카이미온, 즉 "0"과 "1"의 미래 비트가 존재할 수 있는 조정 가능한 다층 시스템을 처음으로 만드는 데 성공했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

  • Skyrmion의 3D 대응물인 Hopfion

레퍼런스

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