新研究突破磁學與自旋電子學領域的傳統認知

近日，電子科技大學物理學院、電子薄膜與集成器件全國重點實驗室教授嚴鵬課題組在磁學與自旋電子學研究領域取得重要進展。通過研究亞鐵磁疇壁中的磁子自旋輸運，他們發現了磁子穿過原子級窄疇壁后能夠保留其原有自旋，這一結果突破了傳統認知。該理論研究結果發表在1月15日的《物理評論快報》。

20世紀30年代，朗道等人提出了鐵磁性的量子理論，描述了鐵磁體中磁矩的集體激發行為，由于這些激發具有波動屬性，被稱為自旋波。20世紀30年代末，布洛赫等人對自旋波的量子化進行了深入研究。他們指出，自旋波可以被量子化，形成一種準粒子，即磁子。由于磁子具有相干長度長、不產生焦耳熱等優點，近些年受到人們的廣泛關注。特別是對磁子手性傳輸的研究，在探索新的物理現象和規律以及開發新型磁子器件方面具有重要意義。

磁織構中的磁子輸運是一個重要的物理問題。一個被廣泛被接受的結論是，當磁子經過180°磁疇壁時，磁子所攜帶的自旋角動量會發生翻轉，變化的磁子角動量將轉移給磁疇壁，進而推動疇壁運動，稱為磁子自旋轉移矩效應。最近，清華大學的南天翔課題組實驗發現，在具有多疇態的亞鐵磁體系中，磁子依舊存在自旋擴散，且流經多疇態和單疇態所測得信號強度幾乎一樣。

然而，由于多疇態存在多個可以相互抵消的磁疇，磁子所攜帶的角動量應當迅速衰減至零。這就帶來了一個關鍵的問題：磁子流經亞鐵磁疇壁時會維持還是翻轉它的自旋角動量？為了回答這個問題，課題組研究了原子尺度下亞鐵磁疇壁中的磁子自旋輸運。

課題組的這項理論結果揭示了磁子在亞鐵磁疇壁中的自旋傳輸機制，特別是發現了磁子穿過原子尺度窄疇壁后能夠保留其原有自旋，這一結果突破了傳統認知。這種獨特的自旋傳輸機制為理解磁子與磁結構的相互作用提供了新的理論基礎。從應用層面看，通過精確調控亞鐵磁疇壁的寬度，可以實現對磁子自旋的高效操控，進而開發出基于磁子自旋的邏輯器件，為信息技術領域的創新帶來新的思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.026701