論文の概要: Colloquium: Quantum Properties and Functionalities of Magnetic Skyrmions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.11427v1
- Date: Tue, 15 Oct 2024 09:27:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-16 14:00:31.711967
- Title: Colloquium: Quantum Properties and Functionalities of Magnetic Skyrmions
- Title（参考訳）: Colloquium:磁気スカイミオンの量子特性と機能
- Authors: Alexander P. Petrović, Christina Psaroudaki, Peter Fischer, Markus Garst, Christos Panagopoulos,
- Abstract要約: 競合する磁気相互作用は、トポロジカルな巻数によって特徴づけられる滑らかな磁化テクスチャを安定化することができる。
このようなテクスチャは2次元平面内で空間的に局在しており、一般にスカイミオンとして知られている。
このコロキウムは、スカイミオンテクスチャに関連する量子効果、その理論的起源、検出に関連する実験的および物質的課題、量子演算にそれらを利用するという約束を考察している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.282478038074984
- License:
- Abstract: Competing magnetic interactions may stabilize smooth magnetization textures that can be characterized by a topological winding number. Such textures, which are spatially localized within a two-dimensional plane, are commonly known as skyrmions. On the classical level, their significance for fundamental science and their potential for applications, ranging from spintronic devices to unconventional computation platforms, have been intensively investigated in recent years. This Colloquium considers quantum effects associated with skyrmion textures: their theoretical origins, the experimental and material challenges associated with their detection, and the promise of exploiting them for quantum operations. Starting with classical skyrmions, we discuss their magnon and electron excitations and show how hybrid architectures offer new platforms for engineering quantum orders, including topological superconductivity. We then focus on the quantization of the skyrmion texture itself and formulate the long-time skyrmion dynamics in terms of collective coordinates. Next, we discuss the quantization of helicity and phenomena of macroscopic quantum tunneling: key concepts that fundamentally distinguish quantum skyrmions from their classical counterparts. Looking ahead, we propose material classes suitable for the realization of skyrmions in quantum spin systems and identify device architectures with the promise of achieving quantum operations. We close by addressing the advances in experimental methods which will be a prerequisite for resolving the quantum aspects of topological spin patterns, sensing their local dynamical response, and achieving their predicted functionalities in magnetic systems.
- Abstract（参考訳）: 競合する磁気相互作用は、トポロジカルな巻数によって特徴づけられる滑らかな磁化テクスチャを安定化することができる。
このようなテクスチャは2次元平面内で空間的に局在しており、一般にスカイミオンとして知られている。
古典的なレベルでは、基礎科学におけるその重要性と、スピントロニクスデバイスから非伝統的な計算プラットフォームまで、応用の可能性は、近年集中的に研究されている。
このコロキウムは、スカイミオンテクスチャに関連する量子効果、その理論的起源、検出に関連する実験的および物質的課題、量子演算にそれらを利用するという約束を考察している。
古典的なスカイミオンから始めて、それらのマグノンと電子の励起について議論し、ハイブリッドアーキテクチャがいかにして、トポロジカル超伝導を含む量子秩序を工学的に構築するための新しいプラットフォームを提供するかを示す。
次に、スカイミオンテクスチャ自体の量子化に集中し、集合座標の観点から長時間のスカイミオンダイナミクスを定式化する。
次に、量子スラミオンを古典的なものと根本的に区別する鍵となる概念として、ヘリシティの量子化とマクロ量子トンネル現象について論じる。
今後,量子スピンシステムにおけるスカイミオンの実現に適した物質クラスを提案し,量子演算の実現を約束するデバイスアーキテクチャを同定する。
我々は、トポロジカルスピンパターンの量子的側面を解明し、局所的な動的応答を感知し、磁気システムにおいてそれらの期待された機能を達成するための前提条件となる実験手法の進歩に対処する。
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