Terahertz 频域下通过 N\'eel 自旋轨道力矩实现反磁性有序的开关
介观与纳米尺度物理
2025-12-30 v1
摘要
超快电场操控固体中磁性有序结构是开发未来太赫兹数据处理技术的关键。 metallic antiferromagnets 中的 N\'eel 自旋轨道力矩为此类高速操作提供了引人入胜的概念。仅通过施加合适幅度和极性的电流即可实现有序自旋的相干旋转。然而，由于竞争的热效应，此类开关严重受限，且尚未在反磁性器件固有的超快时刻尺度上实现。本文报告称，在室温下以相位锁定的太赫兹脉冲电流驱动下，在 MnAu 反磁性体中实现了受控且非热的 N\'eel 矢量 的 90{\deg} 旋转。所有观察到的特征均与超快 N\'eel 自旋轨道力矩一致：首先，非线性光学成像显示，太赫兹电流方向在无任何偏置场的情况下可控制 的最终取向，持续至少两个月。其次，瞬态光学双折射显示，开关在小于 15 皮秒内完成。最后，原子尺度自旋动力学模拟再现了观察到的动力学，并确认热效应的次要作用。虽然该开关在相当于相同散失能量时已快一个数量级于铁磁体，但我们的模拟预测通过另外一个数量级的降低可实现更短的开关时间和能耗。我们的ethods 可转移至包括 magnetoelectric 绝缘体在内的更多反磁性体的电场驱动开关。对 spin torque、共振频率和读出机制的工程化，为实现太赫兹反磁性自旋轨道器件的芯片级应用提供了激动人心的途径。
引用
@article{arxiv.2512.23397,
title = {Terahertz switching of antiferromagnetic order by N\'eel spin-orbit torques},
author = {Yannic Behovits and Alexander L. Chekhov and Amon Ruge and Reza Rouzegar and Bruno Rosinus Serrano and Alexander P. Fellows and Ben John and Martin Thämer and Sonka Reimers and Fynn Renner and Tobias Dannegger and Ulrich Nowak and Tom S. Seifert and Mathias Kläui and Martin Jourdan and Tobias Kampfrath},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.23397},
year = {2025}
}