Undersøgelse af magnetisk excitationsinduceret spinstrøm i chromtrihalogenider

En genial tilgang til udvikling af hukommelsesenheder med lav effekt, høj hastighed og høj tæthed er baseret på spintronics, en ny frontlinje inden for teknologi, der udnytter en grad af elektroners frihed kendt som spin. Kort sagt har elektroner sammen med deres negative ladning et spin, hvis orientering kan styres ved hjælp af magnetiske felter. Dette er især relevant for magnetiske isolatorer, hvor elektronerne ikke kan bevæge sig rundt, men spindet forbliver kontrollerbart. I disse materialer kan de magnetiske excitationer give anledning til en spinstrøm, som danner grundlaget for spintronikken.

Forskere har ledt efter effektive metoder til at generere spinstrømmen. Den fotogalvaniske effekt, et fænomen karakteriseret ved generering af jævnstrøm fra lysbelysning, er særlig nyttig i denne henseende. Undersøgelser har fundet ud af, at en fotogalvanisk spinstrøm kan genereres på samme måde ved hjælp af magnetfelterne i elektromagnetiske bølger. Men vi mangler i øjeblikket kandidatmaterialer og en generel matematisk formulering til at udforske dette fænomen.

Nu har lektor Hiroaki Ishizuka fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) sammen med sin kollega behandlet disse problemer. I deres nylige undersøgelse offentliggjort i Physical Review Letters , præsenterede de en generel formel, der kan bruges til at beregne den fotogalvaniske spinstrøm induceret af tværgående oscillerende magnetiske excitationer. De brugte derefter denne formel til at forstå, hvordan fotogalvaniske spinstrømme opstår i tolags chrom (Cr) trihalogenidforbindelser, nemlig chrom triiodid (CrI₃ ) og chromtribromid (CrBr₃). ).

"I modsætning til tidligere undersøgelser, der overvejede longitudinelle oscillerende magnetfelter til at generere spinstrømme, fokuserer vores undersøgelse på tværgående oscillerende magnetfelter. På baggrund af dette fandt vi ud af, at processer, der involverer et magnon-bånd (kvante af spinbølge-excitationer) samt to magnon-bånd bidrager til spin-strømmen," uddyber Dr. Ishizuka.

Ved at bruge deres formel fandt duoen ud af, at både CrI₃ og CrBr₃ viste en stor fotogalvanisk spinstrøm for magnetiske excitationer svarende til elektromagnetiske bølger ved gigahertz- og terahertz-frekvenser. Strømmen dukkede dog kun op, når spindene viste antiferromagnetisk orden, hvilket betyder, at successive spin var antiparallelle, i modsætning til ferromagnetisk orden (hvor successive spin er parallelle).

Desuden blev spinstrømretningen styret af orienteringen af ​​den antiferromagnetiske rækkefølge (om spindene på det første og andet lag var arrangeret op-ned eller ned-op). Derudover påpegede de, at i modsætning til tidligere fund, der kun tilskrev spinstrømmen til to-magnon-processen, viste deres formel, at en stor respons generelt var mulig med single-magnon-processen.

Disse resultater tyder på, at tolags CrI₃ og CrBr₃ er stærke kandidater til at undersøge mekanismen forbundet med fotogalvanisk spinstrømgenerering.

"Vores undersøgelse forudsiger ikke kun uforudsete bidrag til spinstrømmen, men giver også en retningslinje for design af nye materialer drevet af den fotogalvaniske effekt af magnetiske excitationer," siger Dr. Ishizuka. + Udforsk yderligere

2-D centrosymmetriske antiferromagneter-model producerer ren spinstrøm