我们从理论和实验上研究了由具有 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用的倾斜反铁磁体共振引起的自旋泵浦信号,并证明它们可以产生易于观察的逆自旋霍尔电压。使用双层赤铁矿/重金属作为模型系统,我们在室温下测量反铁磁共振和相关的逆自旋霍尔电压,其值与共线反铁磁体一样大。正如对相干自旋泵浦的预期,我们观察到逆自旋霍尔电压的符号提供了有关模式手性的直接信息,这是通过比较赤铁矿、氧化铬和亚铁磁体钇铁石榴石推断出来的。我们的研究结果通过对具有低阻尼和倾斜矩的反铁磁体进行功能化,开辟了产生和检测太赫兹频率自旋电流的新方法。当代自旋电子学利用电子自旋进行信息处理和微电子学,主要基于铁磁器件架构。从提高数据处理速度和缩小片上信息处理规模的长远发展来看 [1],反铁磁体自旋电子学是一个很有前途的途径 [2]。与铁磁体相比,反铁磁体的关键优势在于它们的共振频率通过子晶格的交换耦合得到增强,因此通常在太赫兹范围内 [2,3]。然而,在补偿反铁磁体中,净矩的缺失严重阻碍了对其超快动力学的简单获取,尤其是在薄膜中,以及基于超快反铁磁体的器件的开发 [4,5]。因此,界面自旋输运现象可以为反铁磁体中的自旋弛豫过程和自旋动力学提供新的见解 [5–8]。
检测磁振子及其量子特性,尤其是在反铁磁 (AFM) 材料中,是实现纳米磁性研究和节能量子技术发展中许多雄心勃勃的进步的重要一步。最近基于超导电路的混合系统的发展为设计利用不同自由度的量子传感器提供了可能性。在这里,我们研究了基于二分 AFM 材料的磁振子-光子-传输子杂化,这导致了二分 AFM 中传输子量子比特和磁振子之间的有效耦合。我们展示了如何通过超导传输子量子比特的 Rabi 频率来表征磁振子模式、它们的手性和量子特性,例如二分 AFM 中的非局域性和双模磁振子纠缠。
具有非共线自旋结构的反铁磁体表现出各种特性,使其对自旋电子器件具有吸引力。其中一些最有趣的例子是尽管磁化可以忽略不计,但仍然表现出异常霍尔效应,以及具有不寻常自旋极化方向的自旋霍尔效应。然而,只有当样品主要处于单个反铁磁畴状态时,才能观察到这些效应。这只有当补偿自旋结构受到扰动并由于自旋倾斜而显示出弱矩时才能实现,从而允许外部畴控制。在立方非共线反铁磁体的薄膜中,这种不平衡以前被认为需要由基板应变引起的四方畸变。本文表明,在 Mn 3 SnN 和 Mn 3 GaN 中,自旋倾斜是由于磁性锰原子远离高对称位置的大量位移导致结构对称性降低。当仅探测晶格度量时,这些位移在 X 射线衍射中仍然隐藏,需要测量大量散射矢量才能解析局部原子位置。在 Mn 3 SnN 中,诱导净矩使得能够观察到具有不同寻常温度依赖性的异常霍尔效应,据推测这是由于 kagome 平面内类似块体的温度依赖性相干自旋旋转所致。
范德华 (vdW) 磁体的发现为凝聚态物理和自旋电子技术开辟了新范式。然而,具有 vdW 铁磁体的有源自旋电子器件的操作仅限于低温,从而限制了它们更广泛的实际应用。本文展示了使用石墨烯异质结构中的 vdW 流动铁磁体 Fe 5 GeTe 2 的横向自旋阀器件在室温下的稳健操作。在具有负自旋极化的石墨烯界面处测量了 Fe 5 GeTe 2 的室温自旋电子特性。横向自旋阀和自旋进动测量通过自旋动力学测量探测 Fe 5 GeTe 2 /石墨烯界面自旋电子特性,揭示了多向自旋极化,从而提供了独特的见解。密度泛函理论计算与蒙特卡罗模拟相结合,揭示了 Fe 5 GeTe 2 中显著倾斜的 Fe 磁矩以及 Fe 5 GeTe 2 /石墨烯界面处存在负自旋极化。这些发现为范德华界面设计和基于范德华磁体的自旋电子器件在室温下的应用提供了机会。
摘要:磁性 skyrmion 是具有非平凡自旋拓扑和新颖物理特性的涡旋状自旋结构,有望成为新型自旋电子应用的基本构建块。长期以来,人们一直提出合成反铁磁体 (SAF) 中的 Skyrmion 比铁磁材料中的 Skyrmion 具有许多优势,而铁磁材料不受尺寸和有效操控的基本限制。因此,人们热切地追求在 SAF 中实验实现 skyrmion。在这里,我们展示了用洛伦兹透射电子显微镜在 SAF [Co/Pd]/Ru/[Co/Pd] 多层中在室温下观察到的零场稳定磁性 skyrmion,其中 SAF 的未补偿矩为 skyrmion 表征提供了媒介。分别通过磁场和电磁协调方法观察到了孤立的 skyrmion 和高密度 skyrmion。即使电流和磁场都被移除,这些产生的高密度 skyrmion 仍保持零场。在 SAF 中使用 skyrmion 将推动基于自旋拓扑的实用非易失性存储器的发展。关键词:skyrmion、合成反铁磁体、电磁协调方法、Ruderman − Kittel − Kasuya − Yosida 相互作用
我们必须保护固有的脆弱量子数据以释放量子技术的潜力。量子存储方案的相关问题是它们近期实施的潜力。由于海森贝格铁磁体很容易获得,因此我们研究了它们的稳健量子存储潜力。我们建议使用置换不变的量子代码将量子数据存储在Heisenberg Ferromagnets中,因为任何Heisenberg Ferromagnet的地面空间都必须在任何基本Qubits的置换库下对称。通过利用Pauli错误的预期能量的区域法,我们表明,增加海森堡铁磁体的有效维度可以改善存储寿命。当海森堡铁磁体的有效维度最大时,我们还获得了一个上限,以解决存储误差。此结果依赖于扰动理论,在该理论中,我们使用戴维斯(Davis)的差异差异表示以及这些分裂差异的递归结构。我们的数值界限使我们能够更好地了解海森堡铁磁体如何在Heisenberg Ferromagnets中增强量子记忆的寿命。
altermagnetism是与抗铁磁体和铁磁体的新阶段,该阶段的新阶段与抗铁磁铁和铁磁体相似性,由于其方向依赖性磁性,引入了一种新的指导原理,用于Spintronic/Spintronic/Thermoelectric应用。实现对设备设计的利用Altermagnetism的承诺取决于识别具有可调传输特性的材料。迄今为止,对固有的altermagnets的搜索集中在各向异性在晶体学对称和带结构中的作用。在这里,我们提出了一种不同的机制,该机制通过利用范·霍夫(Van Hove)奇异性的存在来实现哈伯德局部排斥与巡回磁性之间的相互作用来实现这一目标。我们表明,Altermagnetism在广泛的相互作用和掺杂范围内是稳定的,并且我们专注于自旋荷利转化率的可调性。
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花,旨在操控其宏观特性。最近,二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响,这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体,最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看,二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定,磁共振频率在 THz 范围内,比铁磁体高几个数量级。至关重要的是,反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内,这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此,光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力,这是基于已证实的可能性,即使光子能量远离其本征频率,也可以完全相干地驱动此类模式[21,22],也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下,过渡金属三硫属磷酸盐(MPX3,其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se)代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子,但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上,实验证明,NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花,旨在操控其宏观特性。最近,二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响,这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体,最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看,二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定,磁共振频率在 THz 范围内,比铁磁体高几个数量级。至关重要的是,反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内,这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此,光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力,这是基于已证实的可能性,即使光子能量远离其本征频率,也可以完全相干地驱动此类模式[21,22],也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下,过渡金属三硫属磷酸盐(MPX3,其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se)代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子,但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上,实验证明,NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。