Dynamic transition and Galilean relativity of current-driven skyrmions

伽利略人 空中骑兵 电流(流体) 物理 伽利略不变性 相对论 过渡(遗传学) 理论物理学 经典力学 粒子物理学 化学 生物化学 基因 热力学
作者
M. T. Birch,Ilya Belopolski,Yukako Fujishiro,Minoru Kawamura,Akiko Kikkawa,Y. Taguchi,Max Hirschberger,Naoto Nagaosa,Yoshinori Tokura
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2406.01847
摘要

The coupling of conduction electrons and magnetic textures leads to quantum transport phenomena described by the language of emergent electromagnetic fields [1-3]. For magnetic skyrmions, spin-swirling particle-like objects, an emergent magnetic field is produced by their topological winding [4-6], resulting in the conduction electrons exhibiting the topological Hall effect (THE) [7]. When the skyrmion lattice (SkL) acquires a drift velocity under conduction electron flow, an emergent electric field is also generated [8,9]. The resulting emergent electrodynamics dictate the magnitude of the THE via the relative motion of SkL and conduction electrons. Here, we report the emergent electrodynamics induced by SkL motion in Gd$_2$PdSi$_3$, facilitated by its giant THE [10,11]. With increasing current excitation, we observe the dynamic transition of the SkL motion from the pinned to creep regime and finally to the flow regime, where the THE is totally suppressed. We argue that the Galilean relativity required for the total cancellation of the THE can be generically recovered in the flow regime, even in complex multiband systems such as the present compound. Moreover, the observed THE voltages are large enough to enable real-time measurement of the SkL velocity-current profile, which reveals the inertial-like motion of the SkL in the creep regime, appearing as current-hysteretic behavior of the skyrmion velocity.
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