自旋电子学邂逅密度矩阵重整化群：量子自旋力矩驱动的非经典磁化反转与长程纠缠的动力学构建

我们引入含时密度矩阵重整化群(tDMRG)以解决自旋电子学中一个长期存在的问题——如何通过对传导电子流动自旋与磁性材料内局域自旋这两类自旋的动力学进行完全量子力学处理，来描述它们之间的自旋转移力矩(STT)。与传统的Slonczewski-Berger STT（其中局域自旋被视为服从Landau-Lifshitz-Gilbert方程经典矢量，且仅当流动电子自旋极化与局域自旋非共线时才启动其STT驱动动力学）不同，量子STT可在这些矢量共线但反平行时发生。利用tDMRG，我们模拟了电子与局域自旋多体量子态的时间演化，其中前者作为自旋极化电流脉冲注入，而后者构成一个量子Heisenberg铁磁金属(FM)自旋-$\frac{1}{2}$ XXZ链，初始处于基态且自旋极化与注入电子反平行。当注入电子数超过局域自旋数时，量子STT将局域自旋方向反转，但无需从初始取向发生转动。这种不存在于LLG动力学中的非经典反转在FM链上惊人地不均匀，并可伴随局域自旋磁化强度的减小，甚至在特定位置减小至零。这是因为量子STT生成了所有流动与局域自旋的高度纠缠非平衡多体态，尽管起始于寻常FM最初未纠缠的基态。此外，作为长程纠缠动力学构建的特征，即便在无限分离下FM边缘处局域自旋间的互信息仍保持非零。