Сверхбыстрая топологически-нетривиальная спиновая динамика

Известно, что системы с различными типами упорядочения, включая магнетики, сверхпроводники или сегнетоэлектрики, характеризуются определенным параметром порядка, связанным с нарушением того или иного типа симметрии. Этот параметр резко изменяется при фазовых переходах, следуя теории Ландау-Гинзбурга. Однако существуют системы в которых существует иной тип порядка который сложно описать через нарушение симметрии и который типично наблюдается в системах с дробным квантовым эффектом Холла, квантовых спиновых жидкостях, скирмионах. Особенностью таких систем является наличие глобального топологического индекса, (а не локальной геометрии) характеризующего тип упорядочения системы и связанного с кривизной основного состояния в пространстве параметров. Согласно многочисленным обзорным работам исследование топологических аспектов в физике является одним из самых плодотворных результатов полученных целым поколением физиков, что справедливо отражено в Нобелевской премии по физике за 2016 год. Согласно современным исследованиям оказалось, что топологически нетривиальными могут быть не только основные состояния различных систем, но и их динамика, в частности спиновая где характерными возбуждениями являются, магноны, спиноны и триплоны. Топологическая динамика в таких системах обычно обусловлена сложными взаимодействиями, такими как Дзялошинского-Мории, недиагональный симметричный, Китаевский обмен. Возможность управления топологическими свойствами возбуждений открывает совершенно новую степень свободы представляющую как, преимущественно, фундаментальный интерес, так и вполне явные прикладные решения для новейших вычислительных систем и позволяющую улучшить решения предлагаемые областями магноники и спинтроники. Одним из ключевых преимуществ является топологическая защищенность некоторых мод, что делает их устойчивыми к возмущениям. На момент написания проекта топологические магнитные возбуждения считаются фронтиром спиновой динамики, что отчасти связано со сложностью детектирования топологических свойств для традиционных экспериментальных методов. В рамках проекта мы предлагаем глубокое экспериментальное исследование системы CoTiO3 и ряда других родственных объектов, характеризующейся топологически нетривиальной динамикой, а именно наличием Дираковских магнонов и нодальных линий. В качестве подходов были выбраны взаимодополняющие современные методы исследования: - Сверхбыстрая фемтосекундная спектроскопия накачки-зондирования для исследования топологической динамики во временном домене на масштабах от десятков фемто- до наносекунд. - Комбинационное (Рамановское) рассеяние света, в т.ч. в сильных статических магнитных полях до 30 T (на базе лаборатории сильных магнитных полей г. Неймеген (Нидерланды) или лабораторории в г. Хефей (Китай)), для исследования особенностей спиновой динамики в магнитном поле и различных спин-ориентационных магнитных фазах. Мы ожидаем, что такая уникальная комбинация экспериментальных методов, впервые примененная для исследования топологической магнитной динамики позволит предложить новый актуальный подход для возможности детектирования и управления топологическими характеристиками возбуждений.