铁磁金属纳米粒子基本激发

我们提出了过渡金属铁磁纳米粒子中基本自旋激发的理论，实现了对集体激发和准粒子物理的统一且一致的量子描述。该理论通过认识自旋轨道相互作用在决定铁磁共振在集体激发谱中能量以及其与低能量粒子-空穴激发耦合强度所起的关键作用。我们认为，当典型过渡金属铁磁纳米粒子中原子数降至约 10^4 以下时，在原子数小于该阈值时，出现从 Landau 阻尼铁磁共振向纯态集体磁激发的交叉，其中当单个粒子能级间距 δ 大于等于 √α E_{res} 时发生，E_{res} 为铁磁共振频率，α 为 Gilbert 阻尼参数。我们通过研究包含数百个原子的半真实模型哈密顿量的数值求解来阐述这些思想。对于小纳米粒子，我们发现位于最低粒子-空穴激发能量以下的一个孤立铁磁共振集体模式，E_{res} ≈ 0.1 meV。该纯激发的谱权几乎耗尽了横向动力学响应谱的谱权。随着 δ 接近 √α E_{res}，铁磁集体激发更可能与离散粒子-空穴激发发生强耦合。在该 regime 中，两种激发类型的区分模糊化。我们讨论了这一图景对解释近期单电子隧穿实验的意义。