作者:杨德政等 来源:《自然—通讯》 发布时间:2024/3/7 15:59:14
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兰州大学研究团队在声自旋调控研究方面取得重要进展

 

近日,兰州大学物理科学与技术学院的杨德政教授和薛德胜教授课题组在《自然·通讯》杂志上发表了题为Acoustic spin rotation in heavy-metal-ferromagnet bilayers的研究论文。通过声子与电子自旋-电荷动力学的相互作用,首次实现了声子驱动下自旋流中自旋方向的旋转,深入揭示了自旋流和晶格运动之间新的耦合机制。

近年来,声子与电子自旋-电荷动力学相互作用的研究开辟了自旋电子学的新领域。该领域已经建立了声子与自旋(或磁矩)的耦合关系,并同时证明了声子具有手性,可以像电子、磁子和光子一样,在非磁性材料甚至绝缘体中传递自旋信息,显著拓展了自旋电子学的应用范围。由于声子还天然具备波动特性,如传输距离远、传播范围广、无接触操控等,所以声自旋电子器件在集成度、能耗、结构设计和波动量子计算等方面具备更大优势。

考虑到电子和晶格运动的相对性,电子朝着晶格运动等效于晶格朝着电子运动,因此,晶格运动可以代替电子运动,给自旋轨道耦合调控提供新的自由度。如图1所示,研究团队巧妙利用表面声学波驱动晶格运动,通过界面自旋轨道耦合的作用,在铁磁/重金属异质结中成功实现了运动晶格对自旋方向的调控。

这项研究从概念上突破了自旋电子器件中晶格相对静止的局限,揭示了在磁、声、电多场耦合下,自旋和晶格运动之间存在的一种新的耦合。该耦合机制主要起源于表面声学波诱导的非均匀磁化梯度,导致一个新的自旋轨道力矩生成,从而使自旋方向发生旋转。

与基于电荷运动的传统自旋电子器件相比,声自旋旋转效应表现出更高的效率。通过自旋输运的漂移扩散模型,声自旋旋转效率可达30%。这一发现赋予了声学器件直接控制自旋的能力,为自旋流中自旋方向的声子调控提供了新的思路,并为表面声学波的自旋调控机制提供了新的观点。(来源:中国科学报 叶满山)

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-024-45317-9

  相关示意图。兰州大学供图。

 
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