Границы стабильности скирмионной фазы в нецентросимметричных ферромагнетиках с взаимодействием Дзялошинского-Мория

Кубическая нецентросимметричная структура соединений типа В20 обуславливает формирование спиновой спирали с волновым вектором k_s = D/J, образующейся в результате конкуренции ферромагнитного обменного взаимодействия и антисимметричного взаимодействия Дзялошинского-Мория (модель Бака-Йенсена). Приложение магнитного поля H превращает спираль в коническую структуру, которая схлопывается в индуцированный полем ферромагнетик в точке H_C2. Эксперименты по малоугловому рассеянию нейтронов демонстрируют появление Скирмионной Решетки (СкР) вместо конической структуры. СкР формируется под действием приложенного магнитного поля в пределах узкого интервала полей [H_A1, H_A2] и только вблизи T_C , при этом волновой вектор СкР практически равен вектору спирали k_s. СкР проявляется как гексагональная структура магнитных вихрей, с осью вихрей параллельной магнитному полю и тремя одинаковыми волновыми векторами, расположенными в плоскости перпендикулярной полю. В докладе обсуждаются результаты экспериментов по малоугловому рассеянию нейтронов на монокристалле моносилицида марганца MnSi, которые демонстрируют сам факт существования и определяют границы стабильности СкР. Для понимания физической картины появления новой фазы предложена упрощенная модель, описывающая границы устойчивости СкР, в которой сравниваются энергии взаимодействия с магнитным полем конической структуры и СкР. Показано, что СкР близка по энергии к конической спирали в поле H* = 0.4 H_C2 , при этом коэффициент 0.4 равен отношению среднего момента, μ_Sk внутри элементарной ячейки СкР к полному моменту μ при данной температуре. При учете дипольных сил СкР становится энергетически выгоднее конической спирали в некотором диапазоне полей около H* вблизи T_c. Аккуратный теоретический анализ в подходе стереографической проекции показывает, однако, что учета только дипольного взаимодействия недостаточно для объяснения возникновения СкР в объемном образце. При этом можно показать, что СкР возникает в результате учета как дипольных сил, так и неоднородного сокращения величины равновесного спина в элементарной ячейке СкР в критической области температур.