نوسان فاز به دلیل تأخیر

Skyrmions مغناطیسی بافت های چرخش توپولوژیکی با چشم انداز امیدوار کننده برای برنامه های ذخیره سازی داده ها است. آنها می توانند به دلیل فعل و انفعالات مغناطیسی رقیب ، حالت مشبک تشکیل دهند و معمولاً در یک منطقه کوچک از دما - نمودار فاز میدان مگنتیک یافت می شوند. کار اخیر نشان داده است که این ذرات شبه مغناطیسی در مقیاس انرژی μ EV نوسان دارند. در اینجا ، ما از یک روش همبستگی منسجم با اشعه ایکس در یک لیزر الکترونی آزاد با اشعه ایکس استفاده می کنیم تا این نوسانات را در یک منطقه همزیستی فاز مغناطیسی در نزدیکی یک مرز انتقال مرتبه اول بررسی کنیم که انتظار نمی رود نوسانات نقش مهمی داشته باشد. با کمال تعجب ، ما می دانیم که آرامش عملکرد پراکندگی میانی در این انتقال در مقایسه با آن در اعماق مرحله شبکه Skyrmion متفاوت است. مشاهده یک رفتار نمایی فشرده شده ، پویایی مانند جامد را نشان می دهد ، که اغلب با جنجال همراه است. ما این رفتار را به بی نظمی و همزیستی فاز مشاهده شده در یک پنجره باریک در نزدیکی انتقال اختصاص می دهیم ، که می تواند باعث نوسانات منجر به رفتار شیشه ای شود.

نظریه مدرن انتقال فاز مداوم و پدیده های مهم ، لینکپین مکانیک آماری و فیزیک ماده متراکم است. در نقطه بحرانی ، تئوری میدان میانگین تجزیه می شود و نوسانات میکروسکوپی در مقیاس های طول و زمان زیادی مهم می شود. این توضیحات از مطالعه توسط لاندائو و همکاران سرچشمه گرفته است. 1 1. L. D. Landau ، L. P. Pitaevskii ، and E. M. Lifshitz ، فیزیک آماری (Butterworth-Heinemann ، 1999). و بعداً توسط ویلسون با استفاده از تئوری گروه تجدید ساختار ، یک نسخه رسمی برای رسیدگی به تکین های مهم اصلاح شد. 2 2. K. G. Wilson و J. Kogut ، "گروه تجدید ساختار و گسترش" ، فیزیک. Rep. 12 ، 75 - 199 (1974). https://doi.org/10. 1016/0370-1573(74)90023-4 از آنجا که نوسانات همان چیزی است که فیزیک را در نزدیکی این آوازهای ریاضی سوق می دهد ، درک کمی از فنومنا در نوسانات موفقیت بزرگی در فیزیک نشان داده است.

در حالی که مقیاس بندی نوسانات در مورد انتقال مداوم به خوبی درک می شود ، انتقال مرتبه اول معمولاً نوسانات مهم را نشان نمی دهد. در این حالت ، سیستم از یک نقطه بحرانی عبور نمی کند بلکه یک تکینگی را در یک متغیر ترمودینامیکی در انتقال فاز نشان می دهد. شاخص های این امر به طور معمول گرما ، هیسترزیس و جداسازی فاز تولید شده با تشکیل هسته های پایدار است. جالب اینجاست که انتقال فاز مرتبه اول ناشی از نوسان با این حال از نظر تئوری پیش بینی شده است. 3،4 3. B. I. Halperin ، T. C. Lubensky ، and S. K. Ma ، "انتقال فاز مرتبه اول در ابررساناها و کریستال های مایع Smectic-A" ، فیزیک. روحانی لت. 32 ، 292 - 295 (1974). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 32. 292 4. S. Brazovskii و I. Dzyaloshinskii ، "انتقال مرتبه اول در MNO و گروه تجدید ساختار (مقیاس) ،" Jetp Lett. 21 ، 164 (1975) ؛موجود در http://www.jetpletters. ac. ru/ps/1465/article_22328. pdf. پیشنهاد شد که نوسانات بیش از حد مهم ممکن است منجر به انتقال مرتبه اول قبل از رسیدن به نقطه بحرانی شود ، در نتیجه انتقال مداوم مورد انتظار برای تبدیل شدن به مرتبه اول را اصلاح می کند. مثالهای آزمایشی اولیه شامل انتقال نماتیک به سینمایی در کریستال های مایع ، 3،5 3. B. I. Halperin ، T. C. Lubensky ، و S. K. Ma ، "انتقال فاز مرتبه اول در ابررسانه ها و کریستال های مایع Smectic-A" ، فیزیک است. روحانی لت. 32 ، 292 - 295 (1974). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 32. 292 5. M. Anisimov ، P. Cladis ، E. Gorodetskii ، D. A. Huse ، V. Podneks ، V. Taratuta ، W. Van Saarloos ، and V. Voronov ، "آزمایش"تست انتقال فاز مرتبه اول ناشی از نوسان: انتقال نماتیک-سمی- A ، "فیزیک. روحانی A 41 ، 6749 (1990). https://doi.org/10. 1103/physreva. 41. 6749 و آثار نظری نشان داده اند که این مکانیسم می تواند در انتقال ابررسانا مهم باشد. 6،7 6. R. Folk ، D. Shopova و D. Uzunov ، "انتقال فاز مرتبه اول ناشی از نوسان در فیلم های نازک از ابررساناهای نوع I ،" فیزیک. کاهندهA 281 ، 197 - 202 (2001). https://doi.org/10. 1016/S0375-9601(01)00126-8 7. H. Meier ، E. Babaev و M. Wallin ، "انتقال فاز مرتبه اول ناشی از نوسان در نوع 1. 5 ابرخودروهای در صفرمیدان خارجی ، "فیزیک. Rev. B 91 ، 094508 (2015). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 91. 094508

اخیراً، انتقال های مرتبه اول ناشی از نوسانات نیز در سیستم های اسکایرمیونی گزارش شده است. 8-10 8. M. Janoschek، M. Garst، A. Bauer، P. Krautscheid، R. Georgii، P. Böni، و C. Pfleiderer، "انتقال فاز مرتبه اول ناشی از نوسانات در هلی مغناطیس های Dzyaloshinskii-Moriya،"فیزیکRev. B 87 , 134407 (2013). https://doi.org/10. 1103/PhysRevB. 87. 134407 9. A. Bauer, M. Garst, and C. Pfleiderer, “Specific heat of the skyrmion latticephase and field-induced tricritic point in MnSi,” Phys. کشیش لِت110 , 177207 (2013). https://doi.org/10. 1103/PhysRevLett. 110. 177207 10. H. C. Chauhan, B. Kumar, J. K. Tiwari, and S. Ghosh, “ Phases multiple with a tricritic point and a Lifshitz in the skyrmion host Cu₂OSeO₃"، فیزیک. Rev. B 100, 165143 (2019). https://doi.org/10. 1103/PhysRevB. 100. 165143 به نظر می‌رسد وجود چنین انتقال‌هایی ویژگی مشترک این مواد مغناطیسی کایرال است و نیازمند بررسی دقیق نوسانات نزدیک به انتقال فاز ناپیوسته در این سیستم‌ها است. 11 11. I. Živković، J. S. White، H. M. Rønnow، K. Prša، و H. Berger، "مقیاس بندی بحرانی در هلی مغناطیس مکعبی مس₂OSeO₃"، فیزیک. Rev. B 89, 060401 (2014). https://doi.org/10. 1103/PhysRevB. 89. 060401 یکی از موضوعات مورد علاقه، به خصوص در رابطه با فاز شبکه اسکایرمیون، این است که توپولوژی چگونه بر شکل گیری، نوسانات و رفتار شبکه اسکایرمیون تأثیر می گذارد که در آن انرژی آزاد ترمودینامیکی غیر قابل تبدیل می شود.-تحلیلیاین یک منطقه وسیع و ناشناخته از تحقیقات در سیستم های توپولوژیکی را نشان می دهد. در حالی که ویژگی‌های ذاتی ناپیوستگی‌های ناشی از نوسان مهم هستند، با این وجود، بررسی آنها، به‌ویژه از نظر تجربی، کمیاب است.

در اینجا، ما با گزارش یک مطالعه در منطقه همزیستی در مرز فاز بین شبکه اسکایرمیون و فازهای نوار فرومغناطیسی در لایه‌های نازک آلیاژ آمورف Fe-Gd به این موضوع می‌پردازیم. ما از اشعه ایکس منسجم با پالس کوتاه برای تشخیص نوسانات خود به خود در این منطقه استفاده می‌کنیم و بینش مستقیمی را در مورد ماهیت زمانی چگونگی تحلیل همبستگی‌ها در یک انتقال مرحله مرتبه اول ارائه می‌کنیم. نشان داده شده است که تابع پراکندگی میانی از یک آرامش نمایی فشرده پیروی می کند، که می تواند به دلیل گیر کردن یا رفتار "شیشه مانند" موجود در منطقه همزیستی فاز باشد.

Skyrmions اشیاء توپولوژیکی پایدار است که از نظر تئوری در سال 1962 توسط Skyrme پیشنهاد شده است. 12 12. T. Skyrme ، "یک تئوری یکپارچه یکپارچه از مزون ها و باریون ها" ، Nucl. فیزیک31 ، 556 - 569 (1962). https://doi.org/10. 1016/0029-5582(62)90775-7 اگرچه آنها در ابتدا به عنوان الگویی برای ساختارهای زیر اتمی پیشنهاد شده بودند ، اما پس از مشاهده اسکیررمیون های مغناطیسی در MNSI یک دهه پیش ، یک تمرکز اصلیدر فیزیک ماده متراکم. 13،14 13. U. K. Roessler ، A. Bogdanov ، and C. Pfleiderer ، "حالت های خود به خود Skyrmion در فلزات مغناطیسی" ، طبیعت 442 ، 797 (2006). https://doi.org/10. 1038/nature05056 14. S. Mühlbauer ، B. Binz ، F. Jonietz ، C. Pfleiderer ، A. Rosch ، A. Neubauer ، R. Georgii ، and P. Böni ، "Lattice Skyrmion inیک آهنربای کایرال ، "Science 323 ، 915 - 919 (2009). https://doi.org/10. 1126/science. 1166767 از آن زمان ، سیستم های Skyrmion با توجه به استفاده بالقوه آنها در برنامه های Spintronics و ذخیره سازی داده ها ، علاقه زیادی به خود جلب کرده اند. 15-19 15. R. Takashima ، H. Ishizuka و L. Balents ، "Skyrmions Quantum in Magnets Chiral دو بعدی" ، Phys. Rev. B 94 ، 134415 (2016). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 94. 134415 16. L. Zhang ، H. Han ، M. Ge ، H. Du ، C. Jin ، W. Wei ، J. Fan ، C. Zhang ، L. Pi، و ی. ژانگ ، "پدیده بحرانی در نزدیکی دمای اتاق Skyrmion Fege ،" Sci. Rep 6 ، 22397 (2016). https://doi.org/10. 1038/srep22397 17. K. Karube ، J. S. White ، D. Morikawa ، C. D. Dewhurst ، R. Cubitt ، A. Kikkawa ، X. Yu ، Y. Tokunaga ، T. H. Arima ، H. M. Rønnow ، Y YTokura ، و Y. Taguchi ، "فاز Skyrmion بی نظم تثبیت شده توسط ناامیدی مغناطیسی در یک آهنربای کایرال ،" Sci. مشاور4 ، EAAR7043 (2018). https://doi.org/10. 1126/sciadv. aar7043 18. M. Mruczkiewicz ، P. Gruszecki ، M. Zelent ، and M. Krawczyk ، "هیجان های دینامیکی جمعی در یک کریستال ماساژیک ،" فیزیک. Rev. B 93 ، 174429 (2016). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 93. 1744429 19. S. Das ، Y.. Arenholz ، V. A. Stoica ، S. L. Hsu ، B. Wang ، C. Ophus ، J. F. Liu ، C. T. Nelson ، S. Saremi ، B. Prasad ، A. B. Mei ، D. G. Schlom ، J. íñiguez ، P. García-Feández ، D. A. A. Muller ،L. Q. Chen ، J. Junquera ، L. W. Martin ، and R. Ramesh ، "مشاهده Skyrmions قطبی دمای اتاق ،" طبیعت 568 ، 368-372 (2019). https://doi.org/10. 1038/S41586-019-1092-8 کار اخیر نشان داده است که نوسانات شبکه Skyrmion در مقیاس انرژی μ EV ، 20 20 اتفاق می افتد.

M. H. Seaberg، B. Holladay، J. C. T. Lee، M. Sikorski، A. H. Reid، S. A. Montoya، G. L. Dakovski، J. D. Koralek، G. Coslovich، S. Moeller، W. F. Schlotter، R. Streubel، S. D. Kevan، P. E. Fis، J. L. Tuer، F.-J. دکر، S. K. Sinha، S. Roy، و J. J. Tuer، "طیف‌سنجی همبستگی فوتون پرتو ایکس نانوثانیه بر روی اسکایرمیون‌های مغناطیسی،" Phys. کشیش لِت119 , 067403 (2017). https://doi.org/10. 1103/PhysRevLett. 119. 067403 اما چگونگی تغییر این وضعیت در نزدیکی یک انتقال ناپیوسته هنوز مشخص نیست._{سیستم مورد مطالعه در اینجا یک ساختار ناهمسان لایه نازک Fe-Gd است. ناهمسانگردی مغناطیسی عمود بر مشخص به نفع ظهور فازهای مغناطیسی عجیب و غریب، مانند نوارها یا اسکایرمیون ها است. این آزمایش در لیزر الکترون آزاد اشعه ایکس 21 21. C. Bostedt, S. Boutet, D. M. Fritz, Z. Huang, H. J. Lee, H. T. Lemke, A. Robert, W. F. Schlotter, این آزمایش در منبع نور منسجم Linac (LCLS) انجام شد.، J. J. Tuer و G. J. Williams، "منبع نور منسجم Linac: پنج سال اول"، Rev. Mod. فیزیک88 , 015007 (2016). https://doi.org/10. 1103/RevModPhys. 88. 015007 (FEL) using رزونانس مغناطیسی نرم اشعه ایکس scattering 22 22. M. Blume, “ Magnetic scattering of xrays (invited) ,” J. Appl. فیزیک57، 3615-3618 (1985). https://doi.org/10. 1063/1. 335023 برای بررسی مستقیم فازهای مغناطیسی مختلف. یک طرح دسته الکترون دوگانه منحصر به فرد برای تولید جفت پالس های اشعه ایکس با تاخیر قابل تنظیم در محدوده ns 23 23 استفاده می شود. F.-J. Decker، K. Bane، W. Colocho، A. Lutman، و J. Sheppard، "توسعه ها و برنامه های اخیر برای عملیات دو دسته با جداسازی حداکثر 1 میلی ثانیه در LCLS،" در مجموعه مقالات سی و هشتمین کنفرانس بین المللی لیزر الکترون آزاد، FEL2017سانتافه، NM، ایالات متحده آمریکا (2017).(به مطالب تکمیلی مراجعه کنید). یک شماتیک یک بعدی از فازهای دمای اتاق در شکل 1(a) نشان داده شده است. انتقال بین فازهای نوار و اسکایرمیون در محدوده محدودی از میدان‌های کاربردی بین تقریباً 180 تا 205 mT رخ می‌دهد، که در آن دو فاز با هم همزیستی دارند، که احتمالاً نشان‌دهنده یک انتقال مرتبه اول است. 24 24. M. A. Manekar, S. Chaudhary, M. K. Chattopadhyay, K. J. Singh, S. B. Roy, and P. Chaddah, “ گذار مرتبه اول از ضد فرومغناطیس به فرومغناطیس در Ce(Fe}Al_{0. 96}O)₂0. 04

، "فیزیکRev. B 64 ، 104416 (2001). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 64. 104416 انتقال بین فازهای مختلف را می توان از شدت و عرض قله های پراکندگی اشعه ایکس ضعیف تر تعیین کرد ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. به طور خاص ، اوج شدت در این منطقه نشانگر وجود مشبک Skyrmion با برد بلند است و منطقه همزیستی فاز را می توان با گسترش اوج شناسایی کرد ، که نشانگر کاهش طول همبستگی است. شدت در مقادیر پایین میدان به دلیل دم قله های نوار قوی است (شکل 1 را ببینید) و انتقال به حالت فرومغناطیسی بالاتر از 250 تن با کاهش شدت اوج و واگرایی عرض اوج نشان داده شده است._skشکل. 1. فازهای دمای اتاق ناهماهنگی F E-GD فاز.(الف) طرح نمودار فاز در دمای اتاق با میدان مغناطیسی. 25،26 25. J. C. T. Lee ، J. J. Chess ، S. A. Montoya ، X. Shi ، N. Tamura ، S. K. Mishra ، P. Fischer ، B. J. McMorran ، S. K. Sinha ، E. E. Fullerton et al.، "سنتز جفت های محدود Skyrmion در فیلم های نازک Fe-GD ،" Appl. فیزیککاهنده109 ، 022402 (2016). https://doi.org/10. 1063/1. 4955462 26. S. A. Montoya ، S. Couture ، J. J. Chess ، J. C. Lee ، N. Kent ، D. Henze ، S. K. Sinha ، M. Y. Im ، S. D. Kevan ، P. Fischer ، B. J. McMorran ،V. Lomakin ، S. Roy ، and E. E. Fullerton ، "خیاطی انرژیهای مغناطیسی برای شکل دادن به اسکی های دو قطبی و شبکه های Skyrmion" ، فیزیک. Rev. B 95 ، 024415 (2017). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 95. 024415 زمینه های مهم H * = 180 MT ، H₅= 205 MT ، و H F M ≈ 265 MT. آزمایش گزارش شده در اینجا در H = 195 MT ، به خوبی در منطقه فاز مختلط انجام شد ، جایی که هم شبکه Skyrmion و هم نوارها همزیستی هستند.(ب) طرح مراحل راه راه ، مخلوط و Skyrmion در فضای واقعی ، بر اساس شبیه سازی های کار قبلی. 26،27 26. و E. E. Fullerton ، "خیاط انرژی های مغناطیسی برای تشکیل Skyrmions دو قطبی و شبکه های Skyrmion" ، Phys. Rev. B 95 ، 024415 (2017). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 95. 024415 27. S. A. Montoya ، S. Couture ، J. J. Chess ، J. C. Lee ، N. Kent ، M. Y. Im ، S. D. Kevan ، P. Fischer ، B. J. J. McMorran ، S. Roy ، V V V VLomakin ، و E. E. Fullerton ، "خواص رزونانس اسکی های دو قطبی در چند لایه FE/GD آمورف ،" فیزیک. Rev. B 95 ، 224405 (2017). https://doi.org/10. 1103/physrevb. 95. 224405 (c) داده های اندازه گیری الگوهای پراش FEL اشعه ایکس نرم در GD M

-دست که مراحل مشبک نوار ، مخلوط و Skyrmion را در فضای متقابل نشان می دهد. از آنجا که هر تصویر مجموع حدود 500 عکس است ، این لکه در این تصاویر متوسط قابل مشاهده نیست.

شکل. 2. شدت و عرض شعاعی یکی از قله های Skyrmion به عنوان تابعی از میدان مغناطیسی کاربردی. ناحیه سایه دار نشان دهنده منطقه همزیستی فاز Sripe-Skyrmion است و خط سیاه عمودی نشان دهنده زمینه ای است که نوسانات آن اندازه گیری می شود.₃مراحل راه راه و Skyrmion را می توان با الگوی پراش رزونانس آنها در FE L شناسایی کرد₅یا gd m

لبه [نگاه کنید به شکل 1 (c)]. 25 25. J. C. T. Lee ، J. J. Chess ، S. A. Montoya ، X. Shi ، N. Tamura ، S. K. Mishra ، P. Fischer ، B. J. McMorran ، S. K. Sinha ، E. E. Fullerton et al.، "سنتز جفت های محدود Skyrmion در فیلم های نازک Fe-GD ،" Appl. فیزیککاهنده109 ، 022402 (2016). https://doi.org/10. 1063/1. 4955462 به طور سنتی ، تغییر از یک تقارن دوتایی ، مشخصه ماهیت یک بعدی نوار فرومغناطیسی ، به تقارن شش گانه از شبکه شش ضلعی Skyrmion در تبدیل به مرحله Skyrmion رخ می دهد. نکته مهم ، توزیع شدت در قله های مختلف در ناحیه فاز مخلوط نمودار فاز ، تقارن دو برابر فاز نوار را حفظ می کند. با این حال ، در مرحله Skyrmion این سیستم ، این عدم تقارن به دلیل همزیستی فاز با نوارها نیست بلکه وجود جفت های محدود Skyrmion است ، و تقارن شش برابر کامل را در مرحله شبکه Skyrmion می شکند. 25 25. J. C. T. Lee ، J. J. Chess ، S. A. Montoya ، X. Shi ، N. Tamura ، S. K. Mishra ، P. Fischer ، B. J. McMorran ، S. K. Sinha ، E. E. Fullerton et al.، "سنتز جفت های محدود Skyrmion در فیلم های نازک Fe-GD ،" Appl. فیزیککاهنده109 ، 022402 (2016). https://doi.org/10. 1063/1. 4955462 با یک روش کاربرد مناسب میدان مغناطیسی ، شبکه جفت های محدود Skyrmion یا مرحله به اصطلاح "Bi-Skyrmion" می تواند در این ماده شکل بگیرد. این مرحله با جزئیات بسیار زیادی در سایر سیستم ها مورد بررسی قرار گرفته است ، و نشان داده شده است که می تواند با سفارشات دارای چگالی جریان کمتری نسبت به دیوارهای دامنه فرومغناطیسی معمولی هدایت شود. 28 28. X. Z. Yu ، Y. Tokunaga ، Y. Kaneko ، W. Z. Zhang ، K. Kimoto ، Y. Matsui ، Y. Taguchi ، and Y. Tokura ، "حالت های Biskyrmion و حرکت فعلی آنها در یک مانگانیت لایه ای ،" NATبشرارتباط5 ، 3198 (2014). https://doi.org/10. 1038/ncomms4198

در فاز مشبک محدود یا دو اسکیرمیون ، از این نقطه به سادگی به عنوان مرحله مشبک Skyrmion اشاره می شود ، سهم هر مرحله برای جدا کردن تا حدودی دشوار است. در منطقه همزیستی فاز ، قله های نوار با بازتاب های Skyrmion قوی تر همپوشانی دارند. در منطقه انتقال ، که تمرکز این مطالعه است ، بنابراین ما به هر دو پارامتر سفارش به طور همزمان هنگام اندازه گیری قله های قوی تر حساس هستیم. در حالی که این می تواند برای برخی از آزمایشات مشکلی ایجاد کند ، در اینجا این امکان مطالعه نوسانات خودسرانه نزدیک به انتقال را فراهم می کند ، زیرا سیگنال از هر مرحله می تواند هنگام نزدیک شدن به انتقال مرحله اول قابل مقایسه باشد.

عملکرد کنتراست c (q ، t) = c (t) برای قله های قوی تر در فاز مخلوط در شکل 3 برای انتگرال های قله براگ با شدت معقول نشان داده شده است. اینها با استخراج تعداد درجه های آزادی از الگوی نطفه ای که در شرایط شمارش فوتون تهیه شده است ، اندازه گیری می شود. 29 29. J. Goodman ، پدیده های Speckle in Optics: نظریه و برنامه ها (رابرتز و شرکت ، 2007). این عملکرد کنتراست نشان داده شده است که اطلاعات مستقیمی در مورد نوسانات تصادفی در سیستم ارائه می دهد و مربوط به عملکرد پراکندگی میانی است ، همانطور که با طیف سنجی همبستگی فوتون اشعه ایکس سنتی یا سریال اندازه گیری می شود. 30 30. C. Gutt ، L.-M. Stadler ، A. Duri ، T.autenrieth ، O. Leupold ، Y. Chushkin ، and G. Grübel ، "اندازه گیری همبستگی های نمونه زمانی در منابع اشعه ایکس فوق العاده ،" Opt. اکسپرس 17 ، 55 (2009). https://doi.org/10. 1364/oe. 17. 000055

شکل. 3. نوسانات در مرحله مختلط نوار-اسکرمیون. بالا: کنتراست دو پالس عادی C 2 (T) / C 1 (T). پویایی آهسته تر ، فشرده شده مشاهده شده مشاهده می شود و در مقایسه با پوسیدگی نمایی خالص گزارش شده در وسط مرحله Skyrmion تفاوت معنی داری دارد. 20 20. M. H. Seaberg ، B. Holladay ، J. C. T. Lee ، M. Sikorski ، A. H. Reid ، S. A. Montoya ، G. L. Dakovski ، J. D. Koralek ، G. Coslovich ، S. Meeller ، W. F. Schlotter ، R. Streubel ، S. D. D. Kevan ، P. Fischer.، E. E. Fullerton ، J. L. Tuer ، F.-J. Decker ، S. K. Sinha ، S. Roy ، and J. J. Tuer ، "طیف سنجی همبستگی فوتون اشعه ایکس Nanosecond بر روی اسکیترامیون های مغناطیسی ،" فیزیک. روحانی لت. 119 ، 067403 (2017). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 119. 067403 پایین: کنتراست تک پالس C 1 (T). محور زمانی برای این منحنی نشانگر تنظیم پیکربندی شتاب دهنده است که باعث جداسازی پالس هر جفت می شود و برای برجسته کردن ثبات پارامترهای پرتو و مقاومت در برابر نمونه در معرض طولانی مدت قرار می گیرد.

اندازه گیری تک پالس مرجع C 1 (t) در پانل پایین شکل 3 نشان داده شده است. این عملکرد کنتراست است که فقط با استفاده از اندازه گیری های تک پالس اندازه گیری می شود ، برای تنظیمات مختلف زمان جداسازی شتاب دهنده. علاوه بر نشان دادن پایداری خصوصیات پرتو ، C 1 (t) همچنین به اثبات اینكه پاسخ نمونه تحت تأثیر طولانی مدت تحت تأثیر قرار نمی گیرد ، عمل می كند. 31 31. شرایط عملیاتی حدود 30 برابر پایین تر از انرژی پالس بود که در آن متوجه اصلاحات در پراکندگی در معرض طولانی مدت شدیم. توجه داشته باشید که علاوه بر این بیش از 300 برابر کمتر از آستانه آسیب محاسبه شده ، حدود 50 mJ/cm 2 است.

پانل بالا در شکل 3 کنتراست پالس دوگانه عادی را نشان می دهد ، که نوسانات را در انتقال فاز ناپیوسته رمزگذاری می کند. جالب توجه است ، این عملکرد کنتراست عادی ، یا عملکرد پراکندگی میانی نرمال ، تا 5-10 نانومتر شروع به پوسیدگی نمی کند. از این رو ، داده ها را نمی توان با یک پوسیدگی نمایی ساده ، مشخصه رفتار پراکندگی مدل کرد. این برخلاف فاز خالص Skyrmion است که در آن آرامش از پوسیدگی نمایی پیروی می کند. 20 20. M. H. Seaberg ، B. Holladay ، J. C. T. Lee ، M. Sikorski ، A. H. Reid ، S. A. Montoya ، G. L. Dakovski ، J. D. Koralek ، G. Coslovich ، S. Meeller ، W. F. Schlotter ، R. Streubel ، S. D. D. Kevan ، P. Fischer.، E. E. Fullerton ، J. L. Tuer ، F.-J. Decker ، S. K. Sinha ، S. Roy ، and J. J. Tuer ، "طیف سنجی همبستگی فوتون اشعه ایکس Nanosecond بر روی اسکیترامیون های مغناطیسی ،" فیزیک. روحانی لت. 119 ، 067403 (2017). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 119. 067403 علاوه بر این ، نمونه در طول ده ها نانو ثانیه به دکوراسیون کامل می رسد. کنتراست فقط می تواند هنگام استفاده از یک روش دو پالس در یک مرحله مختلط ، به حداقل C (t) = 3 /5 پوسیده شود ، که در آن دو نوع مختلف از مؤلفه ها در پراکندگی نقش دارند (به مواد تکمیلی مراجعه کنید). بنابراین ، اگرچه فاز مشبک Skyrmion نشان داده شده است که یک جزء استاتیک یا یخ زده در سطح NS برای برخی از مناطق فاز شبکه ، 20 20. M. H. Seaberg ، B. Holladay ، J. C. T. Lee ، M. Sikorski ، A. H. Reid ،S. A. Montoya ، G. L. Dakovski ، J. D. Koralek ، G. Coslovich ، S. Moeller ، W. F. Schlotter ، R. Streubel ، S. D. Kevan ، P. Fischer ، E. E. Fullerton ، J. L. Tuer ، F.-J. Decker ، S. K. Sinha ، S. Roy ، and J. J. Tuer ، "طیف سنجی همبستگی فوتون اشعه ایکس Nanosecond بر روی اسکیترامیون های مغناطیسی ،" فیزیک. روحانی لت. 119 ، 067403 (2017). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 119. 067403 این در مرحله مختلط اینگونه نیست. برای حالت نزدیک به انتقال فاز مرتبه اول ، نوسانات برجسته تر است و در کل حجم آزمایش شده رخ می دهد.

with a compressed exponent, β >(1)₀1به منظور بازتاب حداقل مقدار کنتراست نظری ، پس زمینه ثابت a

بین 0. 6 و 1 محدود شده است (به مواد تکمیلی مراجعه کنید). تناسب مطلوب مقدار بسیار بالایی را برای نماینده فشرده β = 3. 4 می دهد ، که بهترین نتیجه را برای پوسیدگی تاخیر عملکرد پراکندگی میانی ضبط می کند. این به همراه تناسب نمایی با داده های موجود در شکل 3 نشان داده شده است.< 1 ) behavior is typically found in liquid-like systems, compressed exponentials are typically found in collective, solid-like dynamical systems. 32–38 32. L. Cipelletti, S. Manley, R. C. Ball, and D. A. Weitz, “ Universal aging features in the restructuring of fractal colloidal gels ,” Phys. Rev. Lett. 84 , 2275– 2278 (2000). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.2275 33. L. Cipelletti, L. Ramos, S. Manley, E. Pitard, D. A. Weitz, E. E. Pashkovski, and M. Johansson, “ Universal non-diffusive slow dynamics in aging soft matter ,” Faraday Discuss. 123 , 237– 251 (2003). https://doi.org/10.1039/b204495a 34. R. Bandyopadhyay, D. Liang, H. Yardimci, D. A. Sessoms, M. A. Borthwick, S. G. J. Mochrie, J. L. Harden, and R. L. Leheny, “ Evolution of particle-scale dynamics in an aging clay suspension ,” Phys. Rev. Lett. 93 , 228302 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.228302 35. P. Falus, M. A. Borthwick, S. Narayanan, A. R. Sandy, and S. G. J. Mochrie, “ Crossover from stretched to compressed exponential relaxations in a polymer-based sponge phase ,” Phys. Rev. Lett. 97 , 066102 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.066102 36. O. G. Shpyrko, E. D. Isaacs, J. M. Logan, Y. Feng, G. Aeppli, R. Jaramillo, H. C. Kim, T. F. Rosenbaum, P. Zschack, M. Sprung, S. Narayanan, and A. R. Sandy, “ Direct measurement of antiferromagnetic domain fluctuations ,” Nature 447 , 68– 71 (2007). https://doi.org/10.1038/nature05776 37. A. Madsen, R. L. Leheny, H. Guo, M. Sprung, and O. Czakkel, “ Beyond simple exponential correlation functions and equilibrium dynamics in x-ray photon correlation spectroscopy ,” New J. Phys. 12 , 055001 (2010). https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/5/055001 38. J. Gabriel, T. Blochowicz, and B. Stühn, “ Compressed exponential decays in correlation experiments: The influence of temperature gradients and convection ,” J. Chem. Phys. 142 , 104902 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4914092 This anomalous diffusion can be accounted for by continuous time Levy flights—random walks with heavy-tailed probability distributions—which can lead to both stretched and compressed relaxation. 37 37. A. Madsen, R. L. Leheny, H. Guo, M. Sprung, and O. Czakkel, “ Beyond simple exponential correlation functions and equilibrium dynamics in x-ray photon correlation spectroscopy ,” New J. Phys. 12 , 055001 (2010). https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/5/055001 The common observation of such relaxation in widely different systems suggests a generic underlying mechanism, yet the microscopic origin of such relaxation is still poorly understood. 37,38 37. A. Madsen, R. L. Leheny, H. Guo, M. Sprung, and O. Czakkel, “ Beyond simple exponential correlation functions and equilibrium dynamics in x-ray photon correlation spectroscopy ,” New J. Phys. 12 , 055001 (2010). https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/5/055001 38. J. Gabriel, T. Blochowicz, and B. Stühn, “ Compressed exponential decays in correlation experiments: The influence of temperature gradients and convection ,” J. Chem. Phys. 142 , 104902 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4914092 For instance, recent work on the microscopic role underlying compressed exponential, or super-diffusive, behavior found that β was strongly dependent on the deformation properties in colloids, 39 39. N. Gnan and E. Zaccarelli, “ The microscopic role of deformation in the dynamics of soft colloids ,” Nat. Phys. 15 , 683– 688 (2019). https://doi.org/10.1038/s41567-019-0480-1 which could have analogous behavior in topological systems.

در حالی که نمایی کشیده (β

سیستم های دیگری که رفتار نمایی فشرده شده را نشان می دهند ، در زمینه جنجال مشاهده می شوند. 32،35،36 32. L. Cipelletti ، S. Manley ، R. C. Ball ، and D. A. Weitz ، "ویژگی های پیری جهانی در بازسازی ژلهای کلوئیدی فراکتال" ، فیزیک. روحانی لت. 84 ، 2275 - 2278 (2000). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 84. 2275 35. P. Falus ، M. A. Borthwick ، S. Narayanan ، A. R. Sandy ، and S. G. فیزیکروحانی لت. 97 ، 066102 (2006). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 97. 066102 36. O. G. Shpyrko ، E. D. Isaacs ، J. M. Logan ، Y. Feng ، G. Aeppli ، R. Jaramillo ، H. C. Kim ، T. F. F. S. Narayanan ، and A. R. Sandy ، "اندازه گیری مستقیم نوسانات دامنه آنتی فرومغناطیسی" ، طبیعت 447 ، 68 - 71 (2007). https://doi.org/10. 1038/nature05776 jamming برای توصیف رفتار جهانی سیستم های پیچیده تحت استرس ، مانند موارد موجود در عینک ، سیستم های کلوئیدی و آهنرباهای ناامید شناخته شده است. 40-43 40. X. Liu ، N. Kent ، A. Ceballos ، R. Streubel ، Y. Jiang ، Y. Chai ، P. Y. Kim ، J. Forth ، F. Hellman ، S. Shi ، D. Wang ، B. A. Helms، P. D. Ashby ، P. Fischer ، and T. P. Russell ، "قطرات مایع فرومغناطیسی قابل تنظیم" ، Science 365 ، 264 - 267 (2019). https://doi.org/10. 1126/science. aaw8719 41. G. Parisi and F. Zamponi ، "تئوری میانگین میدان عینک های حوزه سخت و" حیاط "، Rev. Mod. فیزیک82 ، 789 - 845 (2010). https://doi.org/10. 1103/revmodphys. 82. 789 42. V. Trappe ، V. Prasad ، L. Cipelletti ، P. N. Segre ، and D. A. Weitz ، "نمودار فاز جامینگ برای ذرات جذاب ،" طبیعت 411 ، 772 - 775 (2001). https://doi.org/10. 1038/35081021 43. J. Yang ، A. Samarakoon ، S. Dissanayake ، H. Ueda ، I. Klich ، K. Iida ، D. Pajerowski ، N. P. Butch ، Q. Huang ، J. R. D. Copleyyy، و S.-H. لی ، "Spin Jam ناشی از نوسانات کوانتومی در یک آهنربای ناامید ،" Proc. ناتلACADعلمیU. S. A. 112 ، 11519 (2015). https://doi.org/10. 1073/pnas. 1503126112 این معمولاً به دلیل بسته بندی نزدیک در سیستمهایی است که پویایی محدود یا غیر گایزیایی امکان پذیر است و اغلب با مقادیر نمایانگر β نزدیک به 1. 5 یافت می شود. به عنوان مثال ، به نظر می رسد آرامش الاستیک استرس داخلی در انواع مواد نرم مانند ژل های کلوئیدی نقش مهمی در خصوصیات پیری دارد و نشان داده شده است که آرامش فشرده شده از فاکتور ساختار دینامیکی را توضیح می دهد. 33 33. L. Cipelletti ، L. Ramos ، S. Manley ، E. Pitard ، D. A. Weitz ، E. E. Pashkovski ،

و M. Johansson ، "دینامیک کم آهسته جهانی در پیری ماده نرم" ، فارادی بحث می کند. 123 ، 237 - 251 (2003). https://doi.org/10. 1039/b204495a تناسب با نماینده فشرده شده β ثابت شده به 1. 5 (نشان داده نشده است) همچنین می تواند داده ها را به خوبی با یک زمان دکوراسیون به همان ترتیب توصیف کند ، نشان می دهد که دینامیک پیچیده ممکن است پوسیدگی مشاهده شده را توضیح دهداینجا.

اگرچه این یک مطالعه از نوسانات ذاتی و خود به خود است ، این سؤال پیش می آید که آیا انواع دیگر نوسانات می تواند مسئول پویایی مشاهده شده در اینجا با رفتار نمایی فشرده باشد. به عنوان مثال ، یک جریان از پراکنده ها به دلیل دما یا شیب میدان نشان داده شده است که در ساده ترین حالت ، پوسیدگی گاوسی (KWW با β = 2) عملکرد دارد. 38 38. J. Gabriel ، T. Blochowicz ، and B. Stühn ، "پوسیدگی نمایی فشرده شده در آزمایش های همبستگی: تأثیر شیب دما و همرفت ،" J. Chem. فیزیک142 ، 104902 (2015). https://doi.org/10. 1063/1. 4914092 رانش از شبکه Skyrmion با سرعت سفارش 10 4 - 10 5 نانومتر S −1 تحت استفاده از جریان های الکتریکی کم مشاهده شده است. 44،45 44. A. Yamaguchi ، T. Ono ، S. Nasu ، K. Miyake ، K. Mibu و T. Shinjo ، "مشاهده واقعی حرکت دیواره دامنه جریان محور در سیم های مغناطیسی زیر میکرون" ، فیزیک. روحانی لت. 92 ، 077205 (2004). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 92. 077205 45. X. Yu ، N. Kanazawa ، W. Zhang ، T. Nagai ، T. Hara ، K. Kimoto ، Y. Matsui ، Y. Onose و Y. Tokura ، "Skyrmion در نزدیکی دمای اتاق در چگالی جریان فوق العاده جریان ،" Nat. ارتباط3 ، 988 (2012). https://doi.org/10. 1038/ncomms1990 با این حال ، بیش از ده ها NS که در اینجا در نظر گرفته شده است ، این مربوط به سفارشات فاصله از اندازه کوچکتر از قطر Skyrmion است ، و چنین حرکت کوچک بعید است که به روش قابل توجهی بر الگوی Speckle تأثیر بگذارد. بنابراین ، نوسانات تصادفی در مرز فاز ناپیوسته بسیار مهمتر از آن است که در سیستم های Skyrmion رانده شده تشخیص داده می شود.

از طرف دیگر ، رفتار کشف شده در اینجا نیز می تواند ظهور کند که یک سیستم در منطقه فاز مختلط مقدار معقولی از اختلال ایجاد کند. این اختلال در این سیستم وجود دارد و همانطور که در نزدیکی یک انتقال شیشه ای مانند مشاهده می شود ، آرامش آهسته ای نشان می دهد. این امکان وجود دارد که رفتار KWW به دلیل این ماهیت شیشه ای باشد که در منطقه فاز مختلط رخ می دهد که در آن رقابت بین دو حالت مختلف در حال بازی است. اگرچه عینک به طور معمول از نظر رفتار نمایی کشیده مورد بحث قرار می گیرد ، 46 46. J. C. فیلیپس ، "آرامش نمایی کشیده در عینک مولکولی و الکترونیکی ،" Rep. Prog. فیزیک59 ، 1133 - 1207 (1996). https://doi.org/10. 1088/0034-4885/59/9/003 عینک های ساختاری و فلزی در واقع همچنین رفتار نمایی فشرده شده را نشان می دهند. 48 48. ارتباط5 ، 3939 (2014). https://doi.org/10. 1038/ncomms4939 کار بعدی لازم است ، با این حال ، برای تعیین قطعی کدام مدل می تواند فیزیک انتقال فاز مرتبه اول نوسان ناشی از نوسان را در این سیستم Skyrmion توصیف کند. به طور خاص ، مطالعات آینده که به وابستگی Q متمرکز شده اند ، لازم است ، که به ما امکان می دهد مکانیسم های موجود در کار را در اینجا کشف کنیم. وابستگی q خطی از نرخ آرامش τ در سیستم jammed ، 35 35 پیش بینی شده است. فاز اسفنجی مبتنی بر ، "فیزیک. روحانی لت. 97 ، 066102 (2006). https://doi.org/10. 1103/physrevlett. 97. 066102 در حالی که De Gennes باریک 47 47. P. D. Gennes ، "دینامیک مایع و پراکندگی غیرقانونی نوترون ها" ، Physica 25 ، 825 - 839 (1959). https://doi.org/10. 1016/0031-8914(59)90006-0 در صورت انتقال مانند شیشه نمایش داده می شود. 48 48. ارتباط5 ، 3939 (2014). https://doi.org/10. 1038/ncomms4939

نسل بعدی لیزرهای الکترونی بدون اشعه ایکس با افزایش میزان تکرار ، فرصتی برای پرده برداری از این مدل های متفاوت در آهنرباهای توپولوژیکی در آینده فراهم می کند. به منظور ماندن در یک رژیم غیر مقوله ، پالس های اشعه ایکس به شدت ضعیف می شوند و از این فرصت جلوگیری می کنند تا از شدت زیاد و تک پالس منبع استفاده کنند. با چنین محدودیتی فیزیکی ، سیگنال به نویز عمدتاً با تعداد کل جفت های پالس که می توانند در یک زمان معقول آزمایشی اندازه گیری شوند ، محدود می شود. بنابراین این نوع آزمایشات از افزایش نرخ تکرار این منابع نوری جدید که به صورت آنلاین شروع می شوند ، به طرز چشمگیری سود می برند.

ما یک مطالعه از نوسانات سریع و مغناطیسی در منطقه همزیستی فاز در یک انتقال مرتبه اول در یک سیستم Skyrmion توپولوژیکی را گزارش می کنیم. مشاهده یک آرامش فشرده به عنوان نشانگر حالت لکه دار یا شیشه ای در این منطقه از نمودار فاز تعبیر شد. به نظر می رسد که حجم محدود موجود برای هر مرحله در منطقه همزیستی فاز ، پویایی آنها را محدود می کند ، که می تواند به حالت جنجالی منجر شود. با این وجود ، تأیید بیشتر لازم است تا برطرف شود اگر این واقعاً می تواند یک لیوان Skyrmion باشد. این مشاهدات به طور طبیعی سؤال جهانی بودن این پدیده را مطرح می کند و اینکه آیا رفتار مشاهده شده یک ویژگی کلی در پدیده انتقال فاز مرتبه اول ناشی از نوسان است.

به مطالب تکمیلی برای جزئیات آزمایشی ، تجزیه و تحلیل داده ها و بحث در مورد آمار Speckle مراجعه کنید.