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    我国学者在磁子结中发现自旋霍尔磁电阻效应

    日期 2020-07-21   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

    bobapp网站图. 在YIG/NiO/YIG/Pt磁子结顶部Pt层中观测到磁子非局域自旋霍尔磁电阻(MNSMR)效应

      在国家自然科学基金项目(批准号:51831012、51701203、51620105004)等资助下,中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心韩秀峰研究团队在由电绝缘的铁磁性绝缘体(如Y3Fe5O12, YIG)和反铁磁绝缘体(如NiO)构成的YIG/NiO/YIG/Pt磁子结顶部Pt层中发现了一种新奇的自旋量子效应。研究成果以“磁子结顶部Pt层中一种非局域的霍尔磁电阻(A nonlocal spin Hall magnetoresistance in a platinum layer deposited on a magnon junction)”为题,于2020年6月15日在《自然·电子学》(Nature Electronics)上在线发表。论文链接:http://www.nature.com/articles/s41928-020-0425-9。

      物理学家布洛赫(F. Bloch, 1905-1983, Nobel Prize in 1952)早在1930年提出了自旋波及其量子化基元-磁激子(简称磁子)的概念,即磁有序系统的局域扰动可在整个磁有序晶格中以波的形式传播开来,随后在1957年被物理学家伯特伦·布罗克豪斯(B. Brockhouse, 1918-2003, Nobel Prize in 1994)采用非弹性中子散射实验所证实。这种存在于磁有序系统中的自旋波(磁子),像光波一样也具有波粒二象性,可以用来定向且长距离地传播自旋信息。然而,在过去长达近90年的时间里,能够发挥其功能特性和有应用价值的微纳米尺度磁子型器件却一直未能开发出来,这成为国际前沿待解的难题。

    bobapp网站  该研究团队采用磁电阻方法取代热电输运方式(自旋塞贝克效应)来读取磁子结的磁结构变化,即在磁子结YIG/NiO/YIG/Pt顶层Pt层中施加一个小的电流。观测发现,Pt中电阻不仅取决于与Pt直接接触的顶部磁性绝缘体YIG层的磁矩方向(正常自旋霍尔磁电阻效应),而且还取决于磁子结另一侧底部磁性绝缘体YIG层的磁矩方向。这是因为两层YIG磁矩排列方式的不同(平行或反平行),会导致磁子结等效磁子电导(磁子流)的差异,从而影响从Pt层注入到磁子结中的自旋流(磁子流)大小。这一新奇自旋量子效应被命名为磁子非局域自旋霍尔磁电阻(MNSMR)效应(如图),以反映其磁子作为中介的输运本质。由于磁子结内部没有电荷输运,因而不产生焦耳热,可以消除磁子结的热能耗。

    bobapp网站  该自旋霍尔磁电阻效应的发现,为今后系统构建消除焦耳热的磁子型器件和电路探索了一条全新的技术途径。