Magnonblokerende effekt og magnonisk hudeffekt vist i antiferromagnetisk koblet heterojunction

Spin bølger, eller magnoner, som elementær excitation af det magnetiske system, kan overføre spin vinkelmomentum, som giver brede udsigter for de ikke-flygtige, lavt energiforbrug, højhastigheds og små mikroelektroniske enheder i post-Moore-perioden. Magnonics, omfatter generationen, transport og manipulation af magnoner, er blevet den nyeste udviklingsretning for spintronics og en ny disciplin inden for kondenseret fysik.

I de seneste år, Prof. /Au/YIG), en magnon junction (såsom YIG/NiO/YIG) og en magneto elektrisk separator, der kan bruges som magnon generator og magnon detektor (såsom Pt/YIG/Pt), sigter på at bruge rene elektriske metoder og ændringen af ​​de magnetiske strukturer til effektivt at kontrollere generering og transport af magnoner, således at realisere et 100% transmissionskontakt-tænd-sluk-forhold af magnonstrømmene.

Derfor, en yderligere dybdegående forståelse af transportegenskaberne af usammenhængende eller kohærente magnoner i et fuldstændigt elektrisk isoleret magnonkryds vil blive det centrale fysiske grundlag for udviklingen af ​​praktiske magnonanordninger og kredsløb i fremtiden.

For bedre at forstå mekanismen for magnon-transmission i magnon-junction fra mikroskalaen, PhD-studerende YAN Zhengren, Lektor WAN Caihua, og Prof. HAN Xiufeng studerede magnon-transmissionen i sandwichstrukturen af ​​ferromagnetisk isolator (FMI)/antiferromagnetisk isolator (AFI)/ferromagnetisk isolator (FMI) ved atomistiske spin-model simuleringer.

De fandt ud af, at magnon junction effect (MJE) eller magnon valve effect (MVE) kan reproduceres, demonstrerer den magnetiseringsafhængige magnon-transmission. MJE og MVE stammer fra polariseringen af ​​spin-bølge.

Generelt, spin-up (spin-down) gitter kan kun rumme højre- (venstre-)håndede cirkulært polariserede magnoner. Mens kun højrehåndede cirkulært polariserede magnoner foretrækkes i FMI med opadgående magnetisering, både venstre- og højrehåndede cirkulære polarisationer er tilladt i AFI på grund af to spin-modsatte gitter. Denne udvælgelsesregel får således den totale refleksion af spin-bølge til at opstå, når magnoner forsøger at diffundere ind i et spin-gitter, som ikke understøtter deres polarisering.

For eksempel, når højrehåndede cirkulære magnoner, der er exciterede i spin-up-regionen, injiceres i spin-down-regionen, udvælgelsesreglen ville resultere i lav magnon-transmission på tværs af grænsefladen. Dette fænomen kaldet magnon blokerende effekt, hvilket viser, at spin-bølge polarisation spiller en vigtig rolle i magnon transmission.

Desuden, de studerede teoretisk spredningsadfærden af ​​spin-bølger ved grænsefladen af ​​en antiferromagnetisk koblet heterojunction. Det er vist, at spin-bølgerne, der passerer gennem grænsefladen, er flygtige bølger, og de indfaldende bølger reflekteres alle tilbage, demonstrerer en magnetiseringsafhængig magnonblokerende effekt i denne struktur.

Resultatet indikerer, at med stigningen af ​​spin-bølge-frekvensen, henfaldslængden falder, og den flygtige bølge er mere koncentreret ved grænsefladen, viser en magnonisk hudeffekt, der ligner hudeffekten af ​​elektromagnetiske bølger.

Desuden, et positivt magnonisk Goos-Hänchen-skift af de reflekterede bølger blev også forudsagt. Det kan forstås ved en effektiv reflektionsgrænsefladeforskydning induceret af henfaldslængden, der ikke er nul, af de flygtige bølger.

Sammenfattende, resultaterne viser, at den effektive manipulation af kohærente/ukohærente magnoner med magnonforbindelser stammer fra den iboende chiralitet af magnoner i magnetiske materialer. Disse opdagelser bekræfter det fysiske grundlag for magnon-enheder til effektivt at manipulere magnon-transport, og giver en ny udviklingsretning og teknisk rute til udvikling af rene magnon-type lager- og logikenheder.

Denne forskning blev offentliggjort i Fys. Rev. B .