Novel topological spin textures, such as magnetic skyrmions, benefit from their inherent stability, acting as the ground state in several magnetic systems. In the current study of atomic monolayer magnetic materials, reasonable initial guesses are still needed to search for those magnetic patterns. This situation underlines the need to develop a more effective way to identify the ground states. To solve this problem, in this work, we propose a genetic-tunneling-driven variance-controlled optimization approach, which combines a local energy minimizer back-end and a metaheuristic global searching front-end. This algorithm is an effective optimization solution for searching for magnetic ground states at extremely low temperatures and is also robust for finding low-energy degenerated states at finite temperatures. We demonstrate here the success of this method in searching for magnetic ground states of 2D monolayer systems with both artificial and calculated interactions from density functional theory. It is also worth noting that the inherent concurrent property of this algorithm can significantly decrease the execution time. In conclusion, our proposed method builds a useful tool for low-dimensional magnetic system energy optimization.


翻译:磁云等新表层旋转质素从固有的稳定性中受益,成为若干磁系统中的地面状态。在目前对原子单层磁材料的研究中,仍然需要合理的初步猜测来寻找这些磁模式。这种情况突出表明需要制定更有效的方法来查明地面状态。在这项工作中,我们建议采用基因疏松驱动的、由基因疏松驱动的、受差异控制的优化方法,将本地能量最小化后端和美术主义的全球搜索前端结合起来。这一算法是一种在极低温度下搜索磁场状态的有效优化解决方案,也是在有限的温度下寻找低能量退化状态的强有力方法。我们在这里展示了这种方法在寻找2D单层磁场状态方面的成功,这种2D单层系统与密度功能理论的人工和计算相互作用。还值得指出,这一算法的固有共同特性可以大大缩短执行时间。最后,我们提出的方法为低维磁系统能源优化建立了一个有用的工具。

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