【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】磁振子(Magnon)是描述磁性材料中自旋波的一種準粒子，是集體自旋激發(fā)的量子化表現(xiàn)。作為自旋激發(fā)載體，磁振子本身攜帶的自旋或軌道角動量可以用于信息處理，從而實現(xiàn)無焦耳熱的自旋電子學器件。更重要的是，磁振子具有納米級波長，并且能在太赫茲頻率范圍內(nèi)工作，這些特性有望突破現(xiàn)代電子學的基本局限性。然而，在實際應用中，實現(xiàn)電場對磁振子的非易失性調(diào)控面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，要實現(xiàn)磁振子與電場的有效耦合，材料需要具備強磁電耦合特性，但目前相關體系的實驗合成仍然充滿困難；另一方面，磁振子攜帶的自旋或軌道角動量通常與電場解耦，這進一步增加了實現(xiàn)高效調(diào)控的復雜性。
針對上述問題，西安交通大學物理學院軟物質(zhì)與凝聚態(tài)團隊姜志軍特聘研究員與新加坡南洋理工大學倪斤陽博士、鹽城工學院盧金煉副教授和美國阿肯色大學Laurent Bellaiche教授合作，提出了一種電場調(diào)控二維鐵磁絕緣體中磁振子的通用理論框架。研究表明，在具有強自旋-層耦合的雙層鐵磁絕緣體中，外加電場能夠有效調(diào)控層間的自旋交換相互作用，從而實現(xiàn)對磁振子的非易失性控制。通過密度泛函理論(DFT)計算，研究團隊進一步驗證了在Janus雙層鉻基鐵磁體中，電場可精確調(diào)節(jié)兩層之間的自旋交換相互作用，進而控制磁振子的拓撲性質(zhì)，包括其貝里曲率和軌道磁矩。因此，相應的磁振子谷霍爾效應和軌道霍爾效應也可通過電場實現(xiàn)高效調(diào)控。這項工作為實現(xiàn)非易失自旋電子學器件邁出了重要的一步，也為未來的磁電耦合器件奠定了堅實的理論基礎。
研究成果以“Nonvolatile Magnonics in Bilayer Magnetic Insulators”為題在《Nano Letters》上在線發(fā)表，西安交通大學為該論文的第一單位，南洋理工大學倪斤陽博士與西安交通大學物理學院博士生張振龍為共同第一作者，西安交通大學物理學院姜志軍特聘研究員和南洋理工大學倪斤陽博士為論文共同通訊作者。本研究獲得了國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎研究計劃、陜西數(shù)理基礎科學研究項目、小米青年學者項目、復旦大學應用表面物理國家重點實驗室和西安交通大學青年拔尖人才計劃的支持。
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