磁孤子与拓扑磁构型的动力学与新型磁器件

Magnetic systems attracted a lot of investigations because their applications in data storage and so on. Magnetic systems are highly nonlinear, and have different kinds of soliton solutions. Topological magnetic textures, such as domain walls and skyrmions, are topologically nontrivial soliton solutions. They are expected to be used as binary digits due to their robustness. The topologically trivial soliton solutions can easily emerge and vanish, and are usually called magnetic solitons for simplicity. In this proposal, we investigate the dynamics of magnetic solitons and topological magnetic textures, including the creating, annihilation and propagation of magnetic soliton, and the interaction between magnetic solitons and topological magnetic textures. The outcomes of the proposal will not only improve the understanding of nonlinear dynamics, but also provide richer theoretical basis for the applications of magnetic systems in information technologies.

磁性系统由于其在数据存储等方面的重要应用而被广泛而深入地研究。磁性系统是高度非线性的系统，存在多种不同性质的孤子解。其中，拓扑磁构型如磁畴壁、斯格明子等是拓扑非平凡的孤子解，由于其鲁棒性而被用来作为数据存储的单元；拓扑平凡的孤子解可以比较容易地产生和消灭，通常简称为磁孤子。本项目拟对磁孤子与拓扑磁构型的动力学进行系统的理论研究，包括但不限于，磁孤子的产生、消灭和传播，磁孤子与拓扑磁构型的相互作用等。本项目不仅将加深对于非线性动力学的理解，也将为磁性系统在信息技术方面的应用提供更丰富的理论基础。

磁性系统是高度非线性的系统，存在多种不同性质的孤子解。这些孤子解可以按照拓扑性质分类为拓扑非平凡的磁孤子（拓扑磁结构）和拓扑平凡的磁孤子（常简称为磁孤子）。由于在非线性科学中的重要意义和在新一代信息技术中的应用前景，磁孤子的产生、操控和动力学有着重要的意义。本项目对不同拓扑性质的磁孤子进行了理论和数值模拟研究。本项目研究了斯格明子在交变电场下的棘轮运动，对斯格明子的动力学有了更深刻的理解；研究了斯格明子在圆筒上的运动，提供了消除斯格明子霍尔效应的新思路；研究了温度梯度驱动磁畴壁的具体过程，对自旋波驱动磁畴壁运动有了更深刻的理解；理论上预言了一种新型的三维磁孤子，并研究了它的电流驱动动力学，发现它可以无偏转地运动，是作为信息载体的理想候选；解释了实验观察到的单层和多层结构中的非可逆自旋波，更加深入地理解了自旋波的性质并对为自旋波在器件中的应用提供了新思路；研究了拓扑非平凡自旋波的局域化问题，提出了一种玻色系统实空间拓扑示性数，对玻色系统拓扑序的研究有重要的意义。研究成果不仅将加深了对于非线性动力学的理解，也将为磁孤子在信息技术方面的应用提供更丰富的理论基础。