論文の概要: Uncovering multi-channel magnetic hopfion annihilation via a single-node, billion-spin-scale atomistic framework
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.26016v1
- Date: Mon, 25 May 2026 16:33:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-26 19:50:20.473264
- Title: Uncovering multi-channel magnetic hopfion annihilation via a single-node, billion-spin-scale atomistic framework
- Title（参考訳）: 多チャンネル磁気ホップフィオン消滅の発見 : 単極・億スピンスケール原子論の枠組み
- Authors: Qichen Xu, Anna Delin,
- Abstract要約: SpinXは、統一されたハミルトンインターフェイスを中心に構築されたGPUネイティブな原子論的スピンシミュレーションフレームワークである。
その中核は、スピン相互作用において翻訳的に再構成される結晶下地分解である。
1つの加速器において、ピークスループットは毎秒100億回以上のスピンサイト動作を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Modern atomistic spin simulations combine long stochastic trajectories, thermodynamic sampling, static optimization and multi-image transition-path workflows, all of which rely on repeated evaluation of spin Hamiltonians and become computationally prohibitive on the large lattices required for three-dimensional magnetic textures. We introduce SpinX, a GPU-native atomistic spin simulation framework built around a unified Hamiltonian interface and multiple user-selectable computational backends. Its core is a crystallographic sublattice decomposition that reformulates translationally invariant spin interactions as multi-channel tensor convolutions, enabling dense, sparse and FFT-based convolution backends, while irregular systems are handled by pair-list evaluation and long-range dipolar fields by reciprocal-space FFT. Implemented in JAX, SpinX supports deterministic and stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert dynamics, Monte Carlo sampling, static optimization, dynamical spectroscopy and string and geodesic nudged elastic band transition-path calculations on heterogeneous accelerator platforms. A validated mixed-precision mode combines fp32 field evaluation with fp64 spin-state propagation. We validate SpinX against analytical single-spin dynamics, finite-size thermodynamics of bcc Fe and transverse dynamic structure factors. Performance benchmarks show peak throughput exceeding 10 billion spin-site operations per second on a single accelerator and aggregate single-node workloads of over 1 billion atomic spins. Applying this framework to an exchange-stabilized magnetic hopfion, we uncover two competing annihilation channels on a million-spin atomistic lattice: a previously reported axial-collapse pathway and a distinct lateral-rupture pathway with a different transition morphology and activation barrier.(Due to arXiv's limit, the abstract shown here is a shortened version)
- Abstract（参考訳）: 現代の原子論的スピンシミュレーションは、長い確率軌道、熱力学的サンプリング、静的な最適化、複数画像遷移パスのワークフローを組み合わせており、これらは全てスピンハミルトニアンを繰り返し評価し、3次元磁気テクスチャに必要な大きな格子を計算的に禁止している。
我々は、統一されたハミルトンインターフェースと複数のユーザ選択可能な計算バックエンドを中心に構築されたGPUネイティブな原子論的スピンシミュレーションフレームワークであるSpinXを紹介する。
その中核は、多チャネルテンソル畳み込みとして変換不変スピン相互作用を再構成し、密度、スパースおよびFFTベースの畳み込みバックエンドを可能にする結晶下地層分解であり、不規則系は相互空間FFTによるペアリスト評価と長距離双極子場によって処理される。
JAXで実装されたSpinXは、決定論的かつ確率的なランダウ・リフシッツ・ギルベルト力学、モンテカルロサンプリング、静的最適化、動的分光と弦、および不均一な加速器プラットフォーム上での測地的nudged弾性バンド遷移パス計算をサポートする。
検証された混合精度モードは、fp32フィールド評価とfp64スピン状態伝播を組み合わせる。
我々はSpinXを解析的単一スピン力学, bccFeの有限サイズ熱力学, 横方向動的構造因子に対して検証した。
パフォーマンスベンチマークによると、ピークスループットは1つのアクセラレータ上で毎秒100億のスピンサイト操作を超過し、10億以上の原子スピンの単一ノードワークロードを集約している。
この枠組みを交換安定化磁気ホップフィオンに適用し、100万スピンの原子性格子上に2つの競合する消滅チャネルを発見した。
(arXivの限界のため、以下は短縮版である。)
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