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近日，蘭州大學(xue)物理科(ke)學(xue)與(yu)技術學(xue)院的(de)(de)楊德政教(jiao)授(shou)和薛德勝教(jiao)授(shou)課(ke)題(ti)組在(zai)《自(zi)然·通訊》雜志上發(fa)表了題(ti)為Acoustic spin rotation in heavy-metal-ferromagnet bilayers的(de)(de)研究(jiu)論文。通過聲子(zi)與(yu)電子(zi)自(zi)旋-電荷動力學(xue)的(de)(de)相互作用，首次實現了聲子(zi)驅動下自(zi)旋流(liu)(liu)中自(zi)旋方向的(de)(de)旋轉，深入揭示(shi)了自(zi)旋流(liu)(liu)和晶格(ge)運動之間新的(de)(de)耦合機制。
近年來(lai)，聲(sheng)子(zi)(zi)與電子(zi)(zi)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)-電荷動(dong)力(li)學(xue)相互作用的(de)(de)研究開辟了自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)電子(zi)(zi)學(xue)的(de)(de)新領域(yu)。該領域(yu)已經建(jian)立(li)了聲(sheng)子(zi)(zi)與自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(或磁矩(ju))的(de)(de)耦合關系，并同(tong)時證明(ming)了聲(sheng)子(zi)(zi)具(ju)有手(shou)性(xing)，可以像(xiang)電子(zi)(zi)、磁子(zi)(zi)和光(guang)子(zi)(zi)一樣，在非磁性(xing)材料甚(shen)至絕(jue)緣體中傳(chuan)遞自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)信息，顯著拓展了自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)電子(zi)(zi)學(xue)的(de)(de)應用范圍。由于聲(sheng)子(zi)(zi)還(huan)天然具(ju)備波動(dong)特(te)性(xing)，如傳(chuan)輸(shu)距離遠、傳(chuan)播范圍廣(guang)、無接(jie)觸(chu)操(cao)控(kong)等，所以聲(sheng)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)電子(zi)(zi)器件(jian)在集成度、能耗(hao)、結構設計和波動(dong)量(liang)子(zi)(zi)計算等方面具(ju)備更(geng)大優勢。
考慮到(dao)電子(zi)和晶(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)(dong)的相對性(xing)，電子(zi)朝(chao)著晶(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)(dong)等效(xiao)于晶(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)朝(chao)著電子(zi)運(yun)動(dong)(dong)，因(yin)此，晶(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)(dong)可以代替電子(zi)運(yun)動(dong)(dong)，給自(zi)旋(xuan)軌(gui)(gui)道(dao)耦合調控提供新的自(zi)由度。如圖(tu)1所示，研究團隊巧妙利用(yong)表面聲學波驅動(dong)(dong)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)(dong)，通過界面自(zi)旋(xuan)軌(gui)(gui)道(dao)耦合的作用(yong)，在鐵磁/重金(jin)屬異質結中(zhong)成功實現了(le)運(yun)動(dong)(dong)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)對自(zi)旋(xuan)方向的調控。
這項研究從概(gai)念上突破(po)了(le)自旋(xuan)(xuan)電子(zi)器件(jian)中(zhong)晶格(ge)相(xiang)對靜止的局限，揭示了(le)在磁、聲(sheng)、電多場耦合(he)下，自旋(xuan)(xuan)和晶格(ge)運(yun)動之(zhi)間存在的一種新的耦合(he)。該(gai)耦合(he)機制主要起源于表面聲(sheng)學波誘導的非(fei)均勻磁化梯度，導致一個(ge)新的自旋(xuan)(xuan)軌道力矩生成，從而使自旋(xuan)(xuan)方向發生旋(xuan)(xuan)轉。
與(yu)基于(yu)電(dian)(dian)荷運動(dong)的(de)(de)傳統自(zi)旋電(dian)(dian)子器件相比，聲(sheng)自(zi)旋旋轉效應表現出更高的(de)(de)效率(lv)。通過自(zi)旋輸運的(de)(de)漂移擴散模型，聲(sheng)自(zi)旋旋轉效率(lv)可達(da)30%。這一發現賦予了聲(sheng)學器件直接控制(zhi)自(zi)旋的(de)(de)能力，為(wei)自(zi)旋流中自(zi)旋方向的(de)(de)聲(sheng)子調(diao)控提(ti)供(gong)了新的(de)(de)思路(lu)，并為(wei)表面聲(sheng)學波(bo)的(de)(de)自(zi)旋調(diao)控機制(zhi)提(ti)供(gong)了新的(de)(de)觀點。
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