Криволінійні антиферомагнітні спінові ланцюжки у зов- нішньому магнітному полі: ефекти геометрії в динаміці доменних стінок

У роботі описано ефекти геометрії у криволінійних антиферомагнітних (АФМ) спінових ланцюжках під дією зовнішнього магнітного поля в неперервній класичній моделі. Встановлено, що в АФМ кільці орієнтаційний перехід під дією статичного магнітного поля може відбуватись як фазовий перехід першого роду у вихровий стан або як два фазові переходи другого роду через скошений стан у onion стан в залежності від кривини кільця. Побудовано фазові діаграми рівноважних станів АФМ кільця у статичному магнітному полі довільного напрямку. Описано вплив кривини та кручення у спіновому ланцюжку у формі гвинтової лінії на стабілізацію та статичні параметри доменної стінки (ДС) в ньому, розглянуто випадки легко та важкоосьової анізотропії. Досліджено динаміку ДС у гелікоїдальному легкоосьовому ланцюжку під дією статичного та обертального магнітних полів. Показано, що статичне магнітне поле не призводить до руху доменних стінок. Отримано рівняння руху ДС під дією обертального магнітного поля та знайдено чисельні розв’язки цих рівнянь. Встановлено, що ДС рухається поступально з періодично модульованою або рівномірно прямолінійно із сталою швидкістю в залежності від співвідношення частоти обертального магнітного поля та кривини ланцюжка. Знайдено залежність швидкості ДС у режимі рівномірного прямолінійного руху від частоти магнітного поля, кривини та кручення ланцюжка. Теоретичнi висновки роботи пiдтверджено за допомогою спін-ґраткових моделювань.

Ключові слова: антиферомагнетик, криволінійний магнетизм, спіновий ланцюжок у формі кільця, фазові переходи, магнітне поле, гелікоїдальний спіновий ланцюжок, доменна стінка.

In this work, we describe geometry-induced effects in antiferromagnetic (AFM) spin chains exposed to an external magnetic field in classical continuum approach. Exposed to static magnetic field AFM ring experiences a reorientation phase transition, which can happen as a first-order one to vortex state or as a second-order one via canted to onion state, depending on the ring curvature. Phase diagrams of the equilibrium states of the ring exposed to static magnetic field of arbitrary direction for different ring curvatures are calculated. We describe the influence of curvature and torsion in the helix-shaped spin chain on the domain wall (DW) stabilization and static properties. The hard- and easy tangential anisotropy cases are analized. DW dynamics in helix-shaped spin chain being exposed to static and rotating magnetic fields is investigated. While static magnetic field fails to move DW, rotating magnetic field induces domain wall propagation. We obtain and solve numerically the equations of motion for the DW exposed to rotating magnetic field. Relation between external field frequency and geometrical parameters of the helix determines two motion modes: oscillating one and rigid motion with a constant velocity. The dependence of DW velocity in rigid motion mode on rotating field frequency, curvature and torsion of the helix-shaped spin chain is found. Theoretical predictions are verified by spin-lattices simulations.

Keywords: antiferromagnet, curvilinear magnetism, ring-shaped spin chain,
magnetic field-induced phase transitions, helix-shaped spin chain, domain wall

Борисенко Є. А. Криволінійні антиферомагнітні спінові ланцюжки у зовнішньому магнітному полі: ефекти геометрії в динаміці доменних стінок : випускна кваліфікаційна робота магістра : 105 Прикладна фізика та наноматеріали / Борисенко Єлизавета Андріївна. - Київ, 2023. - 56 с.