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在凝聚态物理领域，实现固体的非平衡态物质极具挑战。研究人员聚焦于弱振荡磁场中的铁磁体（ferrimagnet）开展研究。结果发现，体系出现 “动力学阻挫（dynamical frustration）”，畴壁能自发定向移动，磁性关联长度快速增长且抗噪性强。这为理解非平衡态物质提供新思路。
在凝聚态物理的奇妙世界里，固体就像一群 “安静的舞者”，总是倾向于快速回到热平衡状态的 “舞台中央”，这使得科学家们想要创造出脱离热平衡的新型物质状态变得困难重重。以往，借助激光或微波照射，人们实现了诸如激子、极化子或磁振子的玻色 - 爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensates，BEC），但这些状态与平衡态系统的差异并不十分显著。因此，探寻一种能展现出与平衡态截然不同特性的非平衡动力学体系，成为了科研人员亟待攻克的难题。
来自德国科隆大学理论物理研究所等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项针对弱振荡磁场中铁磁体的研究。他们发现，在这个看似普通的体系中，隐藏着令人惊叹的现象。铁磁体的畴壁（domain walls）不再是静态的 “旁观者”，而是像拥有自主意识的 “小马达”，能够自发地选择方向并主动移动。这种移动源于一种被称为 “动力学阻挫（dynamical frustration）” 的机制，它使得体系展现出非凡的特性，如磁性关联长度随时间线性快速增长，并且对噪声具有极高的抗性。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为人们理解非平衡态物质的特性和行为开辟了新的道路。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：其一，构建 1D 经典自旋模型并设定相应哈密顿量（Hamiltonian），以此来描述铁磁体系统的能量状态；其二，借助随机朗道 - 里夫希茨 - 吉尔伯特方程（stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert equation）来刻画系统的动力学行为；其三，利用 GPU 加速的开源软件 Mumax3 进行微磁模拟，从数值层面深入探究系统特性。
模型构建
研究人员构建了一个 | S| = 1 的 1D 经典自旋模型，其哈密顿量涵盖了反铁磁（AFM）耦合、铁磁（FM）相互作用以及单轴各向异性等项。通过施加快速振荡磁场 Bz(t) = B0cos (ωt)，打破系统的热平衡状态。在此过程中，振荡磁场 “激活” 了 Goldstone 模式，使得交错的 xy 序开始集体进动，其进动频率 ωrot与 FM 磁化强度和振荡磁场强度相关。
移动的畴壁
在该系统中，FM 磁化方向决定 xy 磁化的旋转方向，这在畴壁中心引发了动力学阻挫。研究人员通过数值模拟发现，畴壁会根据初始条件向左或向右匀速移动。在理论分析方面，当阻尼 α 趋于 0 时，通过考虑自旋（超）电流与畴壁运动的相互作用，推导出畴壁速度公式 v = ±√(ρs|ωrot| / m0z) ，该速度与振荡磁场幅度线性相关且由自发对称性破缺决定方向。对于有限 α 的情况，也推导出了近似公式，并且数值模拟结果与理论公式在一定参数范围内吻合良好。当驱动场强度超过临界值 B0>Bc时，移动畴壁解消失，出现局域化畴壁和奇异相位配置。
有序化动力学
研究人员从具有长程 AFM 序且 z 方向磁化有小随机分量的初始态开始进行猝灭（quench）实验。结果显示，畴壁在运动过程中相互碰撞并湮灭，使得关联长度（定义为畴壁密度的倒数）快速增长。在中间时刻，关联长度近似随单个畴壁速度增长，在长时间极限下，关联长度也呈线性增长。这种快速增长并非源于独立移动和成对湮灭的畴壁理论预期，而是由于动力学阻挫导致的 xy 序梯度介导的畴壁强相互作用。
抗噪性
研究人员还探究了热噪声对系统的影响。在热平衡的 1D 系统中，噪声会破坏长程有序并诱导出具有特定距离的畴壁。然而，在受驱动的铁磁体中，尽管 xy 关联长度在有噪声时变得很小，但畴壁仍能以比无噪声时略大的速度移动，并且系统能够形成尺寸超过 105个自旋的巨畴。与平衡态系统相比，受驱动系统的关联函数在空间上衰减缓慢，关联长度随 1/T 的增长比指数增长还快，这表明系统对噪声具有很强的抗性，主要源于畴壁旋转方向相反产生的动力学阻挫对缺陷的抑制和修复作用。
研究人员通过对弱振荡磁场中铁磁体的研究，揭示了动力学阻挫驱动畴壁移动这一新颖现象，以及由此带来的磁性关联长度快速增长和高抗噪性等特性。这不仅为理解非平衡态物质提供了新的视角，也为开发基于铁磁体的新型材料和器件奠定了理论基础，如在自旋电子学领域有望实现更高效、稳定的信息存储和处理。同时，研究成果表明在凝聚态系统中利用简单的外部驱动可以创造出具有独特性质的物质状态，为后续相关研究开辟了广阔的方向。未来，有望在更多复杂体系中探索类似的动力学现象，进一步拓展对非平衡态物理的认知边界。
