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Symmetrie brechende Spinwellen Möbius Solitonen

 

Solitonen sind räumlich begrenzte Wellenpakete, großer Amplitude, in einem nichtlinearen Medium. Ein einzigartiges Merkmal einer Solitonenwelle ist, dass sie sich fortbewegt ohne dabei zu zerlaufen. Dies wird durch einen stabilisierenden Effekt des nichtlinearen Mediums ermöglicht. Wenn der Ausbreitungsweg die Form eines Rings hat, können Moden bestehend aus einer oder mehrerer Solitonenwellen im Ring rotieren. Die Topologie des Ringes legt Bedingungen für die Frequenzen und Phasen der einzelnen Wellen fest. In unseren Experimenten untersuchen wir die Moden eines nichtlinearen aktiven Rings, bestehend aus einem magnetischen Ferrit Film und einem Festkörper Mikrowellenverstärker (siehe Abbildung).

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Von besonderem Interesse sind dabei Symmetrie brechende Solitonen Moden, welche kein Gegenstück im linearen Regime haben. Die sogenannten Möbius Solitonen, welche in aktiven Ringen nachgewiesen wurden, brechen mit der fundamentalen Symmetrie der 2π- Periodizität der Phasenänderung pro Durchlauf:

  1. Wellenform des erregenden Feldes
  2. Normale Moden mit einer Phasenverschiebung benachbarter Solitonen von 0°
  3. Normale Moden mit einer Phasenverschiebung benachbarter Solitonen von 180°
  4. Möbius Mode
  5. Ist äquivalent zu a.

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Referenzen:

  1. S.O. Demokritov, A.A. Serga, V.E. Demidov, B. Hillebrands, M.P. Kostylev, and B.A. Kalinikos, “Experimental observation of symmetry-breaking nonlinear modes in an active ring”,Nature 426, 6963, 159 (2003)

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