反铁磁声学谐振器 $\alpha-\text{Fe}_2\text{O}_3$ 中的超声自旋泵浦
其他凝聚态物理
2025-05-29 v1 应用物理
摘要
磁子自旋电子学的最新进展激发了人们对磁性材料中自旋与弹性子系统之间相互作用的兴趣。这些相互作用表明,自旋的集体激发(量子化为磁子)与晶格扰动产生的弹性波(量子化为声子)之间存在动态联系。磁子及其相关的磁子-声子激发均可作为从磁性材料向非磁性金属进行自旋泵浦的源。尽管已有大量研究聚焦于铁磁体中通过弹性波进行的自旋泵浦,但涉及反铁磁体的类似研究尚未开展。在本工作中,我们首次实验论证了在室温下于反铁磁晶体赤铁矿 的声学共振超声频率处产生自旋电流的可行性。我们提供了理论与实验证据,表明由于强磁弹耦合,赤铁矿中的声学振动会诱导磁化强度发生显著的变量偏差,导致反铁磁体-正常金属界面处产生自旋积累,进而导致金属中自旋电流和电荷电流的产生。由逆自旋霍尔效应产生的电荷电流,可采用与磁子系统自身共振下高频自旋泵浦条件相同的测量方法进行测量。此外,赤铁矿中的声学共振比亚铁磁或反铁磁系统显著得多(高出数百乃至数千倍),从而能够获得极大振幅的磁振荡以进行自旋泵浦。本研究突出了利用声学自旋泵浦操控磁性材料(特别是反铁磁体)中自旋电流的新方法。
引用
@article{arxiv.2505.22263,
title = {Ultrasonic spin pumping in the antiferromagnetic acoustic resonator $\alpha-\text{Fe}_2\text{O}_3$},
author = {David A. Gabrielyan and Dmitry A. Volkov and Tatyana V. Bogdanova and Kristina D. Samoylenko and Anton V. Matasov and Ansar R. Safin and Dmitry V. Kalyabin and Alexey A. Klimov and Leonid M. Krutyansky and Vladimir L. Preobrazhensky and Sergey A. Nikitov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.22263},
year = {2025}
}
备注
19 pages, 6 figures, 1 table