单层和双层磁性石墨烯结构中自旋波的性质

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本文采用量子格林函数方法和海森堡模型,研究了单层磁性石墨烯结构、双层磁性非对称和对称石墨烯结构中的自旋波频率、自旋波态密度和自旋波的空间分布,研究了温度、层间交换耦合、磁场和各向异性对自旋波性质的影响。对于单层石墨烯结构来说,只有一支自旋波谱,随着温度升高,自旋波频率降低,随着外磁场和各向异性增加,自旋波频率上升,其中各向异性对自旋波频率的影响较小。单层石墨烯结构中的自旋波态密度的峰值均随着温度的增加而下降,随着外磁场和各向异性的增加而上升。对磁性非对称双层石墨烯结构来说,共有两支自旋波谱。我们发现了一个特殊的波矢,当波矢大于或等于特殊波矢时,两支自旋波分别在双层石墨烯结构的两个不同层中传播。我们把这个特殊的波矢定义为临界波矢k_c,层间交换耦合对临界波矢k_c的影响较大。为了研究双层磁性非对称石墨烯结构中的两支自旋波在不同自旋波频率区间内的空间分布,可以把自旋波频率分成四个区间。在一个频率区间内,两支自旋波分别在不同的层中传播。而在另一个频率区间内,两支自旋波都可以在1层和2层中传播。因此,在这个区间内,两支频率相同而波长不同的自旋波可以在磁性非对称双层石墨烯结构的1层或2层中产生干涉现象。自旋波干涉的频率区间随着层间交换耦合和外加磁场的增加而增大,随温度的升高而减小。当层间交换耦合和层内交换耦合相等时,自旋波干涉的频率区间最宽。沿Y方向传播的自旋波干涉的频率区间与沿X方向的频率区间相同。对磁性对称双层石墨烯结构来说,由于系统结构的对称性,两支自旋波在1层和2层的空间分布相同,因此自旋波频率区间可以分成三个部分。在一个自旋波频率区间内,两支自旋波均可以在双层石墨烯结构的第1层和第2层中传播,因此在这个频率区间内,两支频率相同而波长不同自旋波可以在磁性对称双层石墨烯结构的1层或2层中产生干涉现象。自旋波干涉的频率范围随着层间交换耦合的增加而增大,随温度和磁场的增加而减小。沿Y方向传播的自旋波干涉的频率区间大于沿X方向的频率区间。本文的研究结果有益于了解自旋波在石墨烯结构中的传播性质,有益于对自旋波逻辑器件的研究。
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