Skyrmions with multiple topological charges as orbital angular momentum encoders

空中骑兵 马格农 物理 角动量 螺旋度 凝聚态物理 反铁磁性 拓扑量子数 各向异性 量子力学 激发 自旋(空气动力学) 四方晶系 拓扑(电路) 挫折感 格子(音乐) 铁磁性 扭矩 量子电动力学 角动量耦合 光的轨道角动量
作者
Shuhua Guan,Xiaolong Zou,Wenhui Duan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (48): e2513454122-e2513454122
标识
DOI:10.1073/pnas.2513454122
摘要

Magnons carrying intrinsic orbital angular momentum (OAM) hold great potential for orbitronics, optics, and communications, but the generation of such magnons poses great challenges. In this work, we propose that magnons with intrinsic OAM can be induced by antiferromagnetic (AFM) skyrmions with multiple topological charges ( Q ). The proposal is demonstrated in a tetragonal lattice frustrated AFM film, where magnetic anisotropy governs the formation of multiple- Q skyrmions. Out-of-plane polarized current induces ultrafast skyrmion helicity oscillation, which enables excitation of multipolar spin waves, with OAM quantum number identical to Q . The Q , and thus OAM, can be modulated by tuning magnetic anisotropy and temperature. In addition, we reveal an unexpected AFM skyrmion Hall effect driven by in-plane polarized current, and a nonlinear correction term in skyrmion dynamics induced by spin–orbit torque fluctuation. Our results reveal unique behaviors of AFM multiple- Q skyrmions and could extend their applications in information encoding and transmission.
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