Скирмионы в фрустрированной модели сверхрешеток мультиферроика

В данной работе мы исследуем фазовые переходы и поверхностные свойства сверхрешетки мультиферроика с помощью Монте-Карло моделирования. Мы рассматриваем многослойную пленку мультиферроика, состоящая из L_z^m ферромагнитных слоев и L_z^f сегнетоэлектрических слоев, сложенных в направлении оси z. Каждый слой в плоскости xy имеет размерность L×L. Магнитную и сегнетоэлектрическую пленки мы рассматриваем как пленки с объемно-центрированной кубической решеткой. Мы изучили новую модель связи между ферромагнитной пленкой и сегнетоэлектрической пленкой в сверхрешетке мультиферроика. Это взаимодействие имеет вид взаимодействия Дзялошинского-Мории между параметрами порядка сегнетоэлектрических пленок и спинами ферромагнитных слоев на границе раздела. Учтены фрустрации из-за взаимодействия соседей, следующих за ближайшими как в магнитном, так и в сегнетоэлектрическом слое. Основное состояние демонстрирует однородные неколлинеарные конфигурации спина в отсутствии внешнего магнитного поля и образование скирмионов в приложенном магнитном поле. Моделирование методом Монте-Карло использовалось для исследования фазовых переходов, происходящих в сверхрешетке во внешнем магнитном поле и без учета поля. Показано, что скирмионы устойчивы в определенном температурном диапазоне и до определенных значений обменного параметра взаимодействия между соседями, следующими за ближайшими. Тип фазового перехода может быть второго так и первого порядка, в зависимости от величины магнитоэлектрического взаимодействия. Как и ожидалось, фрустрированная магнитная подсистема способствует образованию и упорядочению скирмионов. Существование скирмионов на границе раздела ферромагнетик-сегнетоэлектрик представляет интерес. Для МК-моделирования мы используем алгоритм Метрополиса для системы с линейными размерами L×L×L_z.