Despite extensive research on magnetic skyrmions and antiskyrmions, a significant challenge remains in crafting nontrivial high-order skyrmionic textures with varying, or even tailor-made, topologies. We address this challenge, by focusing on a construction pathway of skyrmionics metamaterial within a monolayer thin film and suggest several promising lattice-like, flakes-like, and cell-like skyrmionic metamaterials that are surprisingly stable. Central to our approach is the concept of 'simulated controlled assembly', in short, a protocol inspired by 'click chemistry' that allows for positioning topological magnetic structures where one likes, and then allowing for energy minimization to elucidate the stability. Utilizing high-throughput atomistic-spin-dynamic (ASD) simulations alongside state-of-the-art AI-driven tools, we have isolated skyrmions (topological charge Q=1), antiskyrmions (Q=-1), and skyrmionium (Q=0). These entities serve as foundational 'skyrmionic building blocks' to forming reported intricate textures. In this work, two key contributions are introduced to the field of skyrmionic systems. First, we present a novel method for integrating control assembly protocols for the stabilization and investigation of topological magnets, which marks a significant advancement in the ability to explore new skyrmionic textures. Second, we report on the discovery of skyrmionic metamaterials, which shows a plethora of complex topologies that are possible to investigate theoretically and experimentally.


翻译:尽管对磁性斯格明子和反斯格明子已有大量研究,但在构建具有可变甚至定制拓扑结构的非平凡高阶斯格明子纹理方面仍面临重大挑战。我们通过聚焦单层薄膜中斯格明子超材料的构建路径来应对这一挑战,并提出若干出人意料稳定的类晶格、类薄片和类胞状斯格明子超材料。我们方法的核心是"模拟受控组装"概念,即一种受"点击化学"启发的协议,允许将拓扑磁性结构放置在任意位置,然后通过能量最小化阐明其稳定性。利用高通量原子自旋动力学模拟与先进人工智能驱动工具,我们分离出斯格明子(拓扑电荷Q=1)、反斯格明子(Q=-1)和斯格明子环(Q=0)。这些实体作为形成所报道复杂纹理的基础"斯格明子构建模块"。在本工作中,我们为斯格明子系统领域引入两项关键贡献:首先,提出一种整合受控组装协议以稳定和研究拓扑磁体的新方法,这标志着探索新型斯格明子纹理能力的重大进展;其次,报告了斯格明子超材料的发现,该材料展现出可在理论和实验上研究的大量复杂拓扑结构。

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