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Topological Dipoles of Quantum Skyrmions

Sorn, Sopheak 1,2; Schmalian, Jörg 2,3; Garst, Markus ORCID iD icon 1,2
1 Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Theorie der Kondensierten Materie (TKM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract (englisch):

Magnetic skyrmions are spatially localized whirls of spin moments in two dimensions, featuring a nontrivial topological charge and a well-defined topological charge density. We demonstrate that the quantum dynamics of magnetic skyrmions is governed by a dipole conservation law associated with the topological charge, akin to that in fracton theories of excitations with constrained mobility. The dipole conservation law enables a natural definition of the collective coordinate to specify the skyrmion’s position, which ultimately leads to a greatly simplified equation of motion in the form of the Thiele equation. In this formulation, the skyrmion mass, whose existence is often debated, actually vanishes. As a result, an isolated skyrmion is intrinsically pinned to be immobile and cannot move at a constant velocity. In a spin-wave theory, we show that such dynamics corresponds to a precise cancellation between a highly nontrivial motion of the quasiclassical skyrmion spin texture and a cloud of quantum fluctuations in the form of spin waves. Given this quenched kinetic energy of quantum skyrmions, we identify close analogies to the bosonic quantum Hall problem. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000187746
Veröffentlicht am 01.12.2025
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP)
Institut für Theorie der Kondensierten Materie (TKM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 11.2025
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2160-3308
KITopen-ID: 1000187746
HGF-Programm 47.11.02 (POF IV, LK 01) Emergent Quantum Phenomena
Erschienen in Physical Review X
Verlag American Physical Society (APS)
Band 15
Heft 4
Seiten 041037
Vorab online veröffentlicht am 25.11.2025
Schlagwörter Condensed Matter Physics, Magnetism, Strongly Correlated Materials
Nachgewiesen in Web of Science
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