自旋波及其模式杂化的非互易研究

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磁性材料中电子自旋的有序进动可以产生自旋波,自旋波作为能量和信息传输的载体,相比传统的电子器件具有更小、更快和功耗更低的特点,在自旋电子学领域有广阔的应用前景。由自旋进动方程的手征性决定,某些自旋波显著的特点就是非互易性。因此有望基于自旋波的非互易性设计基于自旋波的信息传输和处理的器件。本文主要围绕自旋波及其模式杂化中的非互易行为开展研究。主要通过布里渊散射(BLS)的波矢分辨功能探测磁性纳米薄膜材料中的自旋波并研究频率色散和模式分布的非互易。得到了以下创新性成果:1.在双层磁性薄膜中发现了静磁表面自旋波(MSSWs)巨大的非互易现象。Co/FeNi双层膜中,FeNi薄膜下界面传输的MSSWs频率随波矢的增加而减小,即群速度为负,传输行为类似于后向体自旋波。发现了FeNi薄膜上下界面MSSWs的频率非互易随波矢的增加而增加,非互易最大可以到4 GHz左右,分析后发现这种现象是由两层磁性薄膜之间的偶极相互作用引起的。2.发现了FeNi单层磁性薄膜中两种自旋波的非互易杂化。在厚度合适的FeNi磁性薄膜中同时观测到了MSSWs和垂直驻波(PSSWs)的传输,通过改变表面波的波矢,实现了这两种模式自旋波的杂化。并且发现这两种自旋波的杂化具有很强的非互易性,即杂化后在FeNi薄膜的上界面抑制了PSSWs的传输,下界面抑制了MSSWs的传输。微磁学模拟和实验共同证实了这种非互易杂化与材料的厚度、饱和磁化强度、交换常数的关系。3.发现了YIG/FeNi双层磁性薄膜中非同步且非互易的磁振子杂化。YIG/FeNi双层磁性薄膜中观测到MSSWs和PSSWs的杂化。但是由于YIG和FeNi层之间的静磁相互作用,导致FeNi层中MSSWs频率产生频率差。因此随着波矢的增加,FeNi层的上下界面杂化非同步。杂化后在FeNi薄膜的上界面只有MSSWs的传输,抑制了PSSWs的传输。相反在薄膜的下界面只有PSSWs的传输,抑制了MSSWs的传输,即杂化产生了非互易现象。可以通过改变FeNi层的厚度,调控杂化时的波矢范围。
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