Magnon cirkulær dobbeltbrydning - polarisationsrotation af spinbølger og dens anvendelser

Et internationalt team af forskere fra Thailand, USA og Japan har foretaget en grundig undersøgelse af en eksotisk adfærd af materiale kaldet en noncentrosymmetrisk antiferromagnet. Holdet, overvågning af adfærden ved spredning af spinbølger i magnetisk materiale, har rapporteret sine resultater, som viser det første direkte bevis på de ikke -gensidige magnoner.

En cirkulær dobbeltbrydningseffekt, hvor fotoner, der rejser inde i en bestemt slags krystal, har forskellige hastigheder afhængigt af deres cirkulære polarisering er ret almindelig. Med andre ord, venstrehåndede fotoner kan rejse hurtigere end højrehåndede fotoner. Når denne effekt vises under et begrænset eksternt magnetfelt, det kaldes Faraday -effekten, hvor lyspolarisering roterer, når den formerer sig langs krystallen med rotationsvinklen lineært afhængigt af feltet. Der er nyttige anvendelser af denne effekt i moderne optiske og fotoniske teknologier. Optiske isolatorer bruger Faraday -effekten, der henviser til, at magneto-optisk optagelse er baseret på dens refleksionsvariant, Kerr -effekten.

Andre systemer udviser også adfærd, der ligner den cirkulære dobbeltbrydningseffekt. I et bestilt magnetisk materiale, en spin -excitation kan også forplante sig langs krystallen. Denne excitation kaldes en magnon. Ligesom polariseringstilstande for fotoner, magnoner i en antiferromagnet har også to forskellige tilstande-venstre-cirkulær og højre-cirkulær. I de fleste magnetiske materialer, disse to stater har den samme energi og kan derfor ikke skelnes. Imidlertid, i en bestemt type magnetisk materiale, disse to tilstande af magnoner opfører sig forskelligt på grund af mangel på rumlig inversionssymmetri i krystalstrukturen.

Dette fænomen, kaldet ikke -gensidige magnoner, er blevet forudsagt af Hayami et al. Imidlertid, der har ikke været nogen direkte observation af disse ikke -gensidige magnoner før dette arbejde. Forskergruppen udførte neutronspredningsforsøg på single-crystal α-Cu ₂ V ₂ O ₇ og observerede tydelige tegn på forskellige energimomentumspredningsforhold mellem venstre-cirkulær og højre-cirkulær magnonudbredelse. De eksperimentelle data bekræftes ved lineære spin-wave-beregninger.

Dette nye regime af magnetiske materialer kan have anvendelser inden for magnonbaseret elektronik (magnonics) såsom spin-wave field-effect transistor.