近日，蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的楊德政教授和薛德勝教授課題組在《自然·通訊》雜志上發(fā)表了題為Acoustic spin rotation in heavy-metal-ferromagnet bilayers的研究論文。通過聲子與電子自旋-電荷動力學(xué)的相互作用，首次實現(xiàn)了聲子驅(qū)動下自旋流中自旋方向的旋轉(zhuǎn)，深入揭示了自旋流和晶格運動之間新的耦合機制。
近年來，聲子與電子自旋-電荷動力學(xué)相互作用的研究開辟了自旋電子學(xué)的新領(lǐng)域。該領(lǐng)域已經(jīng)建立了聲子與自旋（或磁矩）的耦合關(guān)系，并同時證明了聲子具有手性，可以像電子、磁子和光子一樣，在非磁性材料甚至絕緣體中傳遞自旋信息，顯著拓展了自旋電子學(xué)的應(yīng)用范圍。由于聲子還天然具備波動特性，如傳輸距離遠(yuǎn)、傳播范圍廣、無接觸操控等，所以聲自旋電子器件在集成度、能耗、結(jié)構(gòu)設(shè)計和波動量子計算等方面具備更大優(yōu)勢。
考慮到電子和晶格運動的相對性，電子朝著晶格運動等效于晶格朝著電子運動，因此，晶格運動可以代替電子運動，給自旋軌道耦合調(diào)控提供新的自由度。如圖1所示，研究團隊巧妙利用表面聲學(xué)波驅(qū)動晶格運動，通過界面自旋軌道耦合的作用，在鐵磁/重金屬異質(zhì)結(jié)中成功實現(xiàn)了運動晶格對自旋方向的調(diào)控。
這項研究從概念上突破了自旋電子器件中晶格相對靜止的局限，揭示了在磁、聲、電多場耦合下，自旋和晶格運動之間存在的一種新的耦合。該耦合機制主要起源于表面聲學(xué)波誘導(dǎo)的非均勻磁化梯度，導(dǎo)致一個新的自旋軌道力矩生成，從而使自旋方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。
與基于電荷運動的傳統(tǒng)自旋電子器件相比，聲自旋旋轉(zhuǎn)效應(yīng)表現(xiàn)出更高的效率。通過自旋輸運的漂移擴散模型，聲自旋旋轉(zhuǎn)效率可達30%。這一發(fā)現(xiàn)賦予了聲學(xué)器件直接控制自旋的能力，為自旋流中自旋方向的聲子調(diào)控提供了新的思路，并為表面聲學(xué)波的自旋調(diào)控機制提供了新的觀點。
相關(guān)論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45317-9
相關(guān)示意圖。蘭州大學(xué)供圖。
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-2148-0.html蘭州大學(xué)研究團隊在聲自旋調(diào)控研究方面取得重要進展
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