2次元磁石CRCL3のメロントポロジースピンテクスチャの特性とダイナミクス

メロンは、固体物理学の多くの現象に非常に関連性が高い非自明のトポロジースピンテクスチャです。その重要性にもかかわらず、このような渦の準粒子の直接的な観察は不足しており、いくつかの複雑な材料に限定されています。ここでは、ゼロ磁場で最近発見された2次元（2D）CRCL3でのメロンとアンチメロンの出現を示しています。ペアの作成からのすべての進化、メタスト可能なドメインの壁に対する拡散、および大きな磁気モノドメインにつながる衝突を示しています。両方の準粒子は、面内の磁気フラストレーションが起こる領域での冷却中に自発的に安定化されます。それらのダイナミクスは、8〜10 nmの半径内で渦コアを安定化する強力な面内双極相互作用と弱い面外の磁気異方性との相互作用によって決定されます。私たちの結果は、2D磁石の非自明なスピン構造について現在知られているものに境界を押し上げ、トポロジー準粒子を介して磁気ドメインを制御するためのエキサイティングな機会を開きます。

Merons are nontrivial topological spin textures highly relevant for many phenomena in solid state physics. Despite their importance, direct observation of such vortex quasiparticles is scarce and has been limited to a few complex materials. Here, we show the emergence of merons and antimerons in recently discovered two-dimensional (2D) CrCl3 at zero magnetic field. We show their entire evolution from pair creation, their diffusion over metastable domain walls, and collision leading to large magnetic monodomains. Both quasiparticles are stabilized spontaneously during cooling at regions where in-plane magnetic frustration takes place. Their dynamics is determined by the interplay between the strong in-plane dipolar interactions and the weak out-of-plane magnetic anisotropy stabilising a vortex core within a radius of 8-10 nm. Our results push the boundary to what is currently known about non-trivial spin structures in 2D magnets and open exciting opportunities to control magnetic domains via topological quasiparticles.