绝缘体
反铁磁中的磁振子输运特性是当前自旋电子学领域的重要研究方向之一。在易轴反铁磁中,磁振子包含左旋和右旋两种手性相反的模式,它们携带相反的角动量,与电子系统中自旋向上、向下两种自旋态非常类似。利用反铁磁绝缘体中的磁振子完成金属材料之间的角动量传输已经在实验上实现。对于电子自旋体系而言,自旋轨道耦合扮演着十分关键的角色。而在以往对易轴反铁磁磁振子的理论描述中,两种手性的磁振子模式在无外磁场时的色散通常认为是完全简并的,相当于电子体系的无自旋轨道耦合情形。如何在反铁磁磁振子体系实现类似电子体系中的自旋轨道耦合效应是一个十分有趣的问题。

物理学系及高等量子研究中心沈卡教授提出反铁磁内部局域磁矩之间的偶极相互作用可以天然地提供这种磁振子自旋轨道耦合,从而诱导出D’yakonov-Perel’型自旋弛豫、(逆)自旋霍尔效应等一系列本征磁振子自旋轨道现象。而以往大家通常认为反铁磁中两种相反取向的磁矩之间的偶极场相互抵消,因而是不重要的。但实际上,这种想法只适用于平衡情况。当反铁磁中存在磁振子激发的时候,一种手性的磁振子可以产生与其自身手性相反的偶极场,从而激发出另外一种磁振子模式。两种模式彼此激发,最终表现为两种模式之间的耦合。由于这种耦合是与动量方向相关的,也就等效于产生了磁振子自旋轨道耦合。这种通过引入有效自旋轨道耦合实现磁振子自旋轨道效应的思想也可以推广到其他自旋相互作用,为设计反铁磁自旋器件提供新的思路。

左图:考虑偶极相互作用以后两条磁振子色散曲线(蓝色和红色)解简并。右图:不同动量处高频(蓝色)和低频(红色)两种本征模式的磁矩演化轨迹。

相关论文:KaShen,“MagnonSpinRelaxationandSpinHallEffectDuetotheDipolarInteractioninAntiferromagneticInsulators”,Phys.Rev.Lett.,().



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