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二维空间中 skyrmion 的量子态......
Skyrmion 从高能物理进入材料科学 1 ，在那里它们被引入来模拟原子核 2-4 。它们是拓扑保护磁存储器的潜在候选者 5-7 。 Skyrmion 的拓扑稳定性源于连续场在连续几何空间上映射的离散同伦类，例如，将三分量恒长自旋场映射到磁性薄膜的二维空间。它依赖于二维海森堡模型的平移（准确地说是共形）不变性。一旦这种不变性被晶格破坏，skyrmion 就会变得不稳定，不会坍缩 8 ，必须通过额外的相互作用来稳定，比如 Dzyaloshiskii-Moriya、磁各向异性、塞曼等。在典型的实验中，skyrmion 的大小由磁场控制。当尺寸低于一定值时，交换相互作用总是占上风，而 skyrmion 会坍缩 9。观察到的 skyrmion 纹理通常包含数千个自旋。即使是实验中最小的纳米级 skyrmion 也包含数百个自旋。此类 skyrmion 由 Lorentz 透射电子显微镜 10 成像，通常被视为经典物体。然而，随着 skyrmion 变得越来越小，人们必须预料到量子力学在某个时候会发挥作用。这项工作的动机是观察到 skyrmion 经典坍缩为晶格的一个点与量子力学相矛盾。它与不确定性原理相矛盾，就像电子坍缩到质子上一样。然而，当前的问题比氢原子的问题要困难得多。skyrmion 拥有的大量自旋自由度类似于多电子原子的问题，对于多电子原子，无法对其进行量子态的分析计算。过去，人们已经研究过 skyrmion 量子行为的某些方面。基于 Thiele 动力学与磁场中带电粒子运动的类比，人们研究了 skyrmion 在钉扎势中的量子运动 11 。人们通过从自旋场的拉格朗日量推导出 Bolgoliubov-de Gennes 哈密顿量，解决了手性磁体中的磁振子-skyrmion 散射 12 。通过开发
![arxiv：2403.16123v1 [Physics.optics] 2024年3月24日](/simg/a\a393a80a5a1cce73a3cc0074d3901b213b3193de.webp)
arxiv：2403.16123v1 [Physics.optics] 2024年3月24日
光学天空作为光学和光子学的新兴尖端主题，将非奇异拓扑缺陷的概念扩展到拓扑光子学，从而获得额外的额外自由度，以进行轻度跨性别间的操作，光学计量学，光学计量，光学通知等。[1]。人工光学的实现直到2018年才到期[2，3]，而光学天空的追求开始可以追溯到Maxwellian和Kelvin的时代，如图1。Skyrmions Concept的历史是与希腊神话英雄奥德赛的回家旅程相似的。这个故事一直可以追溯到科学家揭示电磁主义的过去。受磁性的卷曲场特性的启发，麦克斯韦认为电磁性应具有旋转起源，并提出了一种以太涡流模型来得出电子磁通剂的方程[4]。之后，开尔文勋爵（Lord Kelvin）进一步提出了一个基于沉浸在以太海中的旋转空灵涡流的结[5]。在1870年代，关于开尔文的Vor-Tex Atoms模型进行了巨大的辩论。Maxwell是漩涡原子爱好者，他在其有影响力的百科全书Bri-Tannica文章“ Atom”中宣传了该模型。对手像鲍尔茨曼一样说，该模型缺乏方程式有效性的任何证据。大约60年后，如图1所示，物理学家的一般利益从原子变为亚原子。结回到舞台上，它被Skyrme用来描述核[6，7]。尽管接受了随着电子和nu clei的发现，涡流原子假说终于被放弃了，而这些结的吸引人的特征，包括离散性和不可分割性，从未被忘记，而结的概念和结的想法则催生了一个关键的现代物理学概念，在现场理论中具有关键的现代物理学概念。在Skyrme的图片中，质子和神经膜被描述为拓扑结的缺陷，在三组分的亲亲田（Skyrmions）中引起了激发。结的数量曲折或结的曲折等于核中核子的数量。和Skyrmions，也正确预测了某些核状态。与开尔文的涡旋原子假设不同，核中的天空基于与倾斜相互作用的非线性场理论。和非线性相互作用在物理上保证除了拓扑原因外，天际在扰动下是稳定的。
![arXiv:2002.12469v3 [cond-mat.mes-hall] 2020 年 11 月 10 日](/simg/4\4dd46b4304881c604ee38cd7d0ff9db4081acc42.webp)
arXiv:2002.12469v3 [cond-mat.mes-hall] 2020 年 11 月 10 日
磁性 skyrmion 是未来大数据密度存储设备的有希望的候选者。人们已经发现，在室温条件下，有各种各样的材料可以承载 skyrmion。通常在透射电子显微镜 (TEM) 中进行的洛伦兹显微镜是表征真实空间中 skyrmion 样本的最重要工具之一。通过数值计算，这项工作将 TEM 中的相位对比度与孤立 N'eel 或 Bloch skyrmion（两种最常见的 skyrmion 类型）的实际磁化曲线联系起来。在所使用的 skyrmion 模型框架内，对于纯磁性样品，结果与 skyrmion 尺寸和壁宽以及样品厚度的比例无关。提供了简单的规则来提取纯 Bloch 或 N'eel skyrmion 的实际 skyrmion 配置，而无需模拟。此外，还介绍了符合实验预期的 N'eel skyrmion 上的首次微分相位对比度 (DPC) 测量，并展示了所描述的原理。这项工作与材料科学相关，它可以通过便捷的表征来实现 skyrmion 轮廓的设计。
估计经典和量子天空状态的模式
在这篇综述中，我们讨论了有关机器学习算法开发的最新结果，用于表征磁性的磁性磁纹理，这些磁性质地源自Dzyaloshinskii - Moriya - Moriya相互作用，该相互作用竞争了Heisenberg在Ferromagnets中的Heisenberg同型交换。我们表明，对于经典的自旋系统，有一系列的机器方法，可以根据几个磁化快照的基础，允许其准确的相位进行分类和定量描述。反过来，对量子天空的研究是一个较少探索的问题，因为对使用经典超级计算机进行此类波浪函数的模拟存在基本局限性。一个人需要找到模仿近期量子计算机上量子天空的方法。在这方面，我们讨论了基于从投影测量值获得的斑点数量有限的量子天空状态来估算经典对象的结构复杂性的实现。
JHEP01（2025）150
摘要：Skyrme模型以Maxwell动作和量规场的源术语扩展。我们考虑了消失的isospin状态的专业案例，因此只有电势被打开并研究了Skyrme场上的反应。特别是，我们研究了Baryon数字B = 4、8、12、16和40的天空。我们发现，与物理期望一致，库仑反应对于大型天空最为明显，并发现该理论的动力学比基础状态（能量的全球最小化）对二次反应更敏感。将模型校准到碳12中，我们发现了研究的天空群体的质量 - 在1之内。86％的实验数据。 库仑的能量比现象学拟合所建议的略大，但仅约3-22％，而半径在15％的误差范围内，最小的baryon数字（b = 4）的错误最大，而大型重子的错误最小。86％的实验数据。库仑的能量比现象学拟合所建议的略大，但仅约3-22％，而半径在15％的误差范围内，最小的baryon数字（b = 4）的错误最大，而大型重子的错误最小。
使用几何和完整量子门进行基于 Skyrmion 的量子计算的机会
Skyrmion 是凝聚态中拓扑稳定的结构，具有粒子状特性。自 2009 年发现以来 [1]，它们在自旋电子学领域引起了广泛关注，尤其在存储设备和逻辑运算中具有潜在应用价值。随着实验技术的进步，Skyrmion 的尺寸已经可以小到只有几个晶格常数。这引起了人们对从量子力学角度研究其特性的兴趣，进而促成了 Skyrmion 量子比特的提出 [2]。在反演对称磁体中，Skyrmion 表现出有趣的特性，可能适用于量子计算应用 [3]。在哈密顿层面，Skyrmion 可以被设计成与现有的超导量子比特（如 transmon 和 flux 量子比特）相似。受这些相似之处的启发，我们探索了当 Skyrmion 配置在所谓的 transmon 状态时可能意味着什么。超导 transmon 量子比特具有增强的抗噪性和可控性，彻底改变了量子计算领域。因此，很自然地，我们会问 Skyrmion 量子比特是否可以实现类似的改进，因为它们是完全不同的物理实体。我们研究了两种可能的 Skyrmion 量子比特类型：S ˆ z 量子比特和螺旋性量子比特，它们取决于底层材料的特性。我们讨论了量子 Skyrmions 的量化过程以及这两种量子比特类型如何从集体坐标量化中产生。这引出了我们最终用来描述材料和仪器参数方面不同量子比特配置的一般哈密顿量。我们从非谐性和耦合强度等常见度量的角度讨论这些配置，以展示未来 Skyrmion 量子比特的机遇和挑战。此外，与通常实现的动态门不同，我们探索了这些系统中几何和完整量子门的潜力。为了实现这样的门，必须将量子比特设计成三级系统（即 Λ 系统），而这在 Skyrmion 量子比特的背景下尚未被探索过。我们阐述了如何创建这样的系统，并模拟了单个量子比特门来确认结果。最后，我们阐述了如何使用这些方法实现通用门集，并讨论了当前为实现 Skyrmion 量子比特的可扩展量子平台所做的努力。
![arxiv：2209.13905v2 [cond-mat.supr-con] 2024年8月17日](/simg/d\dd9549f5e1d67860a8a539a986efee4883419c35.webp)
arxiv：2209.13905v2 [cond-mat.supr-con] 2024年8月17日
BCS超导性理论是凝结物理学的里程碑之一，它成功地在微骨水平上揭示了这种宏观量子现象的性质[1，2]。任何超级导体（SC）的必需成分是两电子库珀对及其相干性[2]，其中电子结合了两分之一，并凝结以形成相干的量子状态，如图1（a）。但是，凝结两电子库珀对并不是实现超导性的唯一方法。理论上，提出四电子库珀对也可以凝结形成SC，即电荷4 E SC，如图1（b）[3 - 6]。在实验上，如何实现或稳定这一费用4 E超导状态是一个挑战问题。提出了配对密度波（PDW）顺序[4、7、8]，列表SCS [9]或多组分SC [10]的热融化，以实现该电荷4 e quasi-long-long范围。实现电荷的其他方案4 e配对包括相互作用的相互作用，这些相互作用是偏爱四分之一而不是配对[3]和凝结电荷4 e Skyrmions 4 e Skyrmions在二次式触发系统[11]等。有趣的是，最近从Kagome超导体CSV 3 SB 5 [12，13]解决了电荷4 E甚至电荷6配对的可能证据。使用小公园振荡测量，φ0
纳米级非共线旋转纹理D2D Heusler Compound
和铁磁交换相互作用。也许最广泛研究的旋转纹理是，首先是在非中心体B20化合物中观察到的类似Bloch的天空，无论是在单个Crys-talls [5]中，在[10]和第二个薄膜中的外皮膜中，第二，在薄膜中层中的Néel-like skyrim层中的néel-like skyrim层中的厚度金属层和厚度的厚度层均层层。[6,11]前者依赖于体积，后者是派生的dmi界面。在最近的研究中，已经证明了基于四Yz的逆元2 yz的抗速素家族可以维持磁性反孔m，[12-14]另一种类型的非共线性自旋纹理，表现出独特的拓扑特征，此外，椭圆形的bloch skyrmions。[15]这些纹理是基础D 2D晶体对称性的结果，该晶体对称性必然引起各向异性DMI。该DMI还导致反对者在场和温度方面的稳定性增强，并且通过简单地改变存在的薄片的厚度来使其大小的极端可调性。[16,17]后者是偶极 - 偶极相互作用的结果，在与低对称性相对的相对量中很重要，例如D 2D，也解释了同一材料系统中椭圆形Bloch Skyrmions的可能性。[15,18,19]
手性旋转纹理中的无定形铁 - germanium厚膜
抽象的拓扑孤立场（例如磁性和极性天空）被设想为革新微电子。这些配置已在具有全局反转对称性破坏的固态材料中稳定，该材料将磁性材料转化为称为dzyaloshinskii – Moriya Interaction（DMI）的矢量自旋交换（DMI），以及旋转手学选择和同型溶质词。这项工作报告了3D手性旋转纹理的实验证据，例如螺旋旋转和具有不同手性和拓扑电荷的天空矩阵，在无定形的Fe – Ge厚膜中稳定。这些结果表明，具有随机DMI的结构和化学无序的材料可以类似于具有SIMI磁性特性，力矩和状态的反转对称破碎系统。无序的系统与具有全球反转对称性的系统通过其退化的旋转心脏破裂的区别，可以在RE Manence时形成各向同性和各向异性拓扑纹理，同时在材料合成，伏特，伏特，应变和菌株操纵方面具有更大的灵活性。
铁电体中可控的 skyrmion 手性
手性是一种基本的不对称性质，用来描述可与其镜像区分开来的系统，它仍然是现代科学关注的焦点 1 – 4 ，手性材料有多种应用 5 – 8 。手性拓扑结构为新一代手性材料奠定了基础，其中手性扩展到纳米和微米尺度。在胆甾型液晶中观察到了非均匀手性态、螺旋、蓝色和扭曲晶界 (TGB) 相 9、10 。Skyrmion 是矢量序参数（如磁化强度或极化密度）的手性结构，由于其在信息技术中的潜在应用，在过去十年中在磁性材料中引起了相当大的关注 11 – 13。然而，这些材料的一个显着特征是特定的非手性对称性，这种对称性由胆甾体中的非镜像对称分子或磁性系统中的反对称自旋交换所具有，从而导致 Dzyaloshinskii-Moriya 自旋相互作用。最近，据报道，将承载 skyrmion 的磁体类型扩展到没有 Dzyaloshinskii-Moriya 自旋相互作用的系统14，15。然而，在这些系统中调整 skyrmion 手性的可能性仍是一个悬而未决的问题。虽然铁电材料中不存在预定义的手性对称性，但最近发现它们具有丰富的手性拓扑激发，包括布洛赫畴壁16-19，具有 skyrmion 结构的无芯涡旋20-22，单个 skyrmion 23，24，skyrmion 晶格 25 和 Hopfion 26。铁电体的一个显著特征是，当去极化电荷 ρ = ∇⋅ P 重排以降低它们的相互作用能时，由于限制和去极化效应的特定相互作用导致自发对称性破缺，从而出现手性，导致极化发生手性扭曲。重要的是，不同的手性（“左”态和“右”态）在能量上是简并的，因此可以互相切换。然而，执行这种手性切换是一项挑战，因为可以作为控制参数的基本场具有非手性性质。我们发现，由于去极化效应会导致大量拓扑激发，因此铁电纳米点可以提供丰富的相图，并且我们证明铁电纳米点包含极化 skyr-mions。特别是，我们设计了一个系统，其中可以通过施加电场来实现相反手性之间的受控切换。