垂直磁各向异性在薄膜中导致的自旋波现象：反Larmor振荡、负反射与折射、多反射与多折射
介观与纳米尺度物理
2025-10-29 v2
摘要
我们对垂直磁各向异性（PMA）在薄层和超薄磁性薄膜中对低场下的自旋波（SW）动力学发挥作用进行了理论与数值研究。PMA引入一个横向扭矩，对抗交换、偶极和鲁伟贡献，从根本上修改了SW色散，并在特定条件下导致局部最低频率跨越所有几何配置，形成超薄膜中墓碑形色散和较厚膜中牛鞍帽形色散。通过等频轮廓（IFC）分析，我们展示了这些PMA引起的色散形状在非均匀介质中实现了前所未有的波动现象：超薄膜中的双反射与负反射，较厚膜中的三反射——即单个入射束分裂为三个反射分量，其中两个具有负角度。最令人印象深刻的是，我们预测并展示了三折射现象，即一个入射束生成三个折射束，其中两个具有负折射角度。我们进一步显示，在较厚膜中，PMA引起的扭矩与偶极扭矩之间的相互作用导致色散最小值附近的磁化反Larmor振荡。系统模拟涵盖金属薄膜、铁磁石榴石、混合结构和多层结构，确认了这些现象在任何支持条纹域转换的PMA系统中的普遍性。这些结果为探索 magnonics 之外的波动现象开辟了新机会。
引用
@article{arxiv.2502.10085,
title = {Perpendicular magnetic anisotropy in thin films enables extraordinary spin-wave phenomena: anti-Larmor precession, negative reflection and refraction, multi-reflection and multi-refraction},
author = {Nikodem Leśniewski and Yuliya S. Dadoenkova and Florian F. L. Bentivegna and Paweł Gruszecki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.10085},
year = {2025}
}