非平衡自旋电子器件中两个遥远宏观铁磁体的电子介导纠缠

利用量子自旋转移矩这一新兴概念[A. Zholud et al., Phys. Rev. Lett. {\bf 119}, 257201 (2017); M. D. Petrovi\'{c} {\em et al.}, Phys. Rev. X {\bf 11}, 021062 (2021)],我们证明可利用电流脉冲将初始未纠缠的两个空间分离铁磁体(FM)的量子局域自旋纠缠起来。所设想的结构包含由正常金属(NM)间隔层分隔的自旋极化层(FM$_p$)与自旋分析层(FM$_a$)FM层。向器件注入电流脉冲会导致多体态的含时叠加,其特征为两个遥远FM层的自旋自由度之间高度纠缠。该非平衡动力学源于自旋角动量从巡游电子向局域自旋的转移,通过量子自旋矩机制实现,该机制即便在FM$_p$与FM$_a$磁化呈{\em 共线但反平行}排列时(此情形下常规自旋矩不存在)仍然活跃。我们通过追踪完整密度矩阵的含时演化并分析互对数负性随时间的累积,量化了FM层之间生成的混合态纠缠。我们还考虑了FM层因与有限温度玻色子浴耦合而产生的退相干与耗散、多电子电流脉冲的使用以及对角自旋数的依赖,以努力确定我们预测在现实条件下的鲁棒性。最后,我们提出了一种利用超快X射线谱的“电流泵浦/X射线探测”方案,可通过提取其含时量子Fisher信息来见证FM层的非平衡与瞬态纠缠。