【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(zhǔn)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(dòng)量可以用于信息處理，從而實(shí)現(xiàn)無焦耳熱的自旋電子學(xué)器件。更重要的是，磁振子具有納米級(jí)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(xué)的基本局限性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)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(shí)現(xiàn)磁振子與電場的有效耦合，材料需要具備強(qiáng)磁電耦合特性，但目前相關(guān)體系的實(shí)驗(yàn)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(dòng)量通常與電場解耦，這進(jìn)一步增加了實(shí)現(xiàn)高效調(diào)控的復(fù)雜性。
 

　　針對上述問題，西安交通大學(xué)物理學(xué)院軟物質(zhì)與凝聚態(tài)團(tuán)隊(duì)姜志軍特聘研究員與新加坡南洋理工大學(xué)倪斤陽博士、鹽城工學(xué)院盧金煉副教授和美國阿肯色大學(xué)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)對磁振子的非易失性控制。通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)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(jìn)而控制磁振子的拓?fù)湫再|(zhì)，包括其貝里曲率和軌道磁矩。因此，相應(yīng)的磁振子谷霍爾效應(yīng)和軌道霍爾效應(yīng)也可通過電場實(shí)現(xiàn)高效調(diào)控。這項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)非易失自旋電子學(xué)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(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
 

　　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(xué)為該論文的第一單位，南洋理工大學(xué)倪斤陽博士與西安交通大學(xué)物理學(xué)院博士生張振龍為共同第一作者，西安交通大學(xué)物理學(xué)院姜志軍特聘研究員和南洋理工大學(xué)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(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃、陜西數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)研究項(xiàng)目、小米青年學(xué)者項(xiàng)目、復(fù)旦大學(xué)應(yīng)用表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和西安交通大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃的支持。