Spin golven, of magnonen, als de elementaire excitatie van het magnetische systeem, kan spinimpulsmoment overbrengen, die brede vooruitzichten biedt voor de niet-vluchtige, laag energieverbruik, high-speed en kleine micro-elektronische apparaten in de post-Moore-periode. Magnonics, die de generatie omvat, transport en manipulatie van magnonen, is de nieuwste ontwikkelingsrichting van spintronica en een opkomende discipline van de fysica van de gecondenseerde materie geworden.

In recente jaren, De onderzoeksgroep van prof. HAN Xiufeng aan het Institute of Physics van de Chinese Academy of Sciences (CAS) heeft een magnonklep ontwikkeld met een kernstructuur van magnetische isolator (MI)/spacer(S)/magnetische isolator (MI) (zoals YIG /Au/YIG), een magnon junction (zoals YIG/NiO/YIG) en een magneto elektrische separator die kan worden gebruikt als magnon generator en magnon detector (zoals Pt/YIG/Pt), gericht op het gebruik van pure elektrische methoden en de verandering van de magnetische structuren om de productie en het transport van magnonen effectief te beheersen, om zo een 100% transmissie-aan-uit-verhouding van de magnonstromen te realiseren.

Daarom, een verder diepgaand begrip van de transporteigenschappen van onsamenhangende of coherente magnons in een volledig elektrisch geïsoleerde magnonovergang zal de belangrijkste fysieke basis worden voor de ontwikkeling van praktische magnonische apparaten en circuits in de toekomst.

Om het mechanisme van magnon-transmissie in magnon-junctie beter te begrijpen vanaf de microschaal, PHD-student YAN Zhengren, Universitair hoofddocent WAN Caihua, en Prof. HAN Xiufeng bestudeerde de magnontransmissie in de sandwichstructuur van ferromagnetische isolator (FMI)/antiferromagnetische isolator (AFI)/ferromagnetische isolatoren (FMI) door atomaire spin-modelsimulaties.

Ze ontdekten dat magnon junction effect (MJE) of magnon valve effect (MVE) kan worden gereproduceerd, demonstreren van de magnetisatie-afhankelijke magnon-transmissie. De MJE en MVE komen voort uit de polarisatie van spingolf.

In het algemeen, spin-up (spin-down) roosters zijn alleen geschikt voor rechts- (links-) circulair gepolariseerde magnons. Terwijl alleen rechtshandige circulair gepolariseerde magnons de voorkeur hebben in FMI met opwaartse magnetisatie, zowel links- als rechtshandige circulaire polarisaties zijn toegestaan ​​in AFI vanwege twee spin-tegengestelde roosters. Deze selectieregel zorgt er dus voor dat de totale reflectie van spingolf optreedt wanneer magnons proberen te diffunderen in een spinrooster, wat hun polarisatie niet ondersteunt.

Bijvoorbeeld, wanneer rechtshandige cirkelvormige magnonen die in het spin-upgebied zijn geëxciteerd, in het spin-downgebied worden geïnjecteerd, de selectieregel zou resulteren in een lage magnontransmissie over de interface. Dit fenomeen genaamd magnon blocking effect, waaruit blijkt dat de spingolfpolarisatie een belangrijke rol speelt bij de transmissie van magnonen.

Verder, ze bestudeerden theoretisch het verstrooiingsgedrag van spingolven op het grensvlak van een antiferromagnetisch gekoppelde heterojunctie. Er wordt aangetoond dat de spingolven die door het grensvlak gaan, verdwijnende golven zijn en dat de invallende golven allemaal worden teruggekaatst. het demonstreren van een magnetisatie-afhankelijk magnon-blokkerend effect in deze structuur.

Het resultaat geeft aan dat met de toename van de spingolffrequentie, de vervallengte neemt af en de verdwijnende golf is meer geconcentreerd op het grensvlak, met een magnonic skin-effect dat vergelijkbaar is met het skin-effect van elektromagnetische golven.

Verder, een positieve magnonische Goos-Hänchen verschuiving van de gereflecteerde golven werd ook voorspeld. Het kan worden begrepen door een effectieve reflectie-interfaceverschuiving die wordt geïnduceerd door de niet-nul-vervallengte van de verdwijnende golven.

Samengevat, de resultaten laten zien dat de efficiënte manipulatie van coherente/incoherente magnons door magnonovergangen voortkomt uit de inherente chiraliteit van magnons in magnetische materialen. Deze ontdekkingen bevestigen de fysieke basis van magnon-apparaten om het magnon-transport efficiënt te manipuleren, en biedt een nieuwe ontwikkelingsrichting en technische route voor de ontwikkeling van pure magnon-type opslag- en logische apparaten.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Fys. Rev. B .