近日，上海科技大学物质科学与技术学院拓扑物理实验室张石磊教授课题组在手性磁子学的研究中取得重要进展。他们开发出自旋矢量时空分辨技术，实时重构出手性磁振子与铁磁振子之间的锁模时间同步效应，为自旋的远程信息传输和表达提供了新路径。该成果以“Mode Locking between Helimagnetism and Ferromagnetism”为题，发表于学术期刊《自然-物理》( Nature Physics )。
螺旋磁有序是一类广泛存在于磁性材料中的手征自旋构型。与传统的铁磁、反铁磁结构不同，螺旋磁序的元激发-手性磁振子，在集体传播模式上体现出特定的手性，可以被解读为磁性版本的手性声子。然而，如何观测到这一独特动力学模式的时空演变，以及如何收集和传递其辐射出的能量和信息，是当前尚未解决的难题。
课题组针对这些挑战，在材料上构筑了“螺磁发射层/传播层/铁磁接受层“的异质结体系，开发了自旋矢量场时空分辨术，清晰地重构出螺磁层和铁磁层在两种手性本征模式下的完整自旋动力学信息。结果表明，即便接受层和发射层在空间上相互独立，铁磁层中的自旋会自发“相位锁定”到螺旋磁体的本征模式上，实现类似于锁模同步的动力学效应。如图所示，螺旋磁体手性模式以“无线耦合”的方式驱动了铁磁层的自旋进动，从而使非手征的物态携带了外禀的手性属性。
图1 (a)螺旋磁体两种激发模式对于铁磁态的相位锁定机制，(b)螺旋磁体对于铁磁态相位锁定的实验数据。
本工作展示了手性磁体在GHz频段的辐射可控性，揭示了自旋自由度和手性自由度在无线信息传递中的潜在应用价值。上海科技大学为该项研究的第一完成单位，物质学院2023级博士研究生陈敬贻、博士后金浩楠为共同第一作者，张石磊教授为通讯作者。该工作得到了上海科技大学物质学院、拓扑物理实验室、量子功能材料全国重点实验室以及上海科技大学大科学中心的大力支持。
文章标题：Mode Locking between Helimagnetism and Ferromagnetism
沪公网安备 31011502006855号