自旋波透镜离轴聚焦成果在Phys. Rev. B发表

2020-7-16 11:40:21本站

自旋波(磁子)是磁性材料中自旋进动的集体激发模式,具有无热耗散、高工作频率、低阻尼、长距离传输的优势,在低功耗信息存储与计算领域具有广阔的应用前景。对自旋波的有效操控是实现磁子器件应用的关键所在。最近,自旋波透镜引起了广泛的研究兴趣,利用自旋波透镜可以将自旋波聚焦,进而增强自旋波振幅,有助于微弱自旋波信号的探测以及能量的收集。反对称交换相互作用 (Dzyaloshinskii-Moriya interaction, DMI) 对自旋波传播有着重要的影响并导致了很多奇异现象,比如自旋波传播的非互易性、负折射、非线性三磁子过程、古斯汉欣效应等。

一般情况下,当波束平行于透镜对称轴入射时,其焦点位于对称轴上。本文通过研究DMI对自旋波聚焦的影响来挑战该常识,我们研究发现DMI会导致自旋波透镜的离轴聚焦 (off-axial focusing)。基于广义的斯奈尔定律 (Snell's law),利用旁轴近似,我们解析推导了自旋波焦点的坐标公式,发现焦点的横向(纵向)偏移是关于DMI的奇(偶)函数。进一步,我们揭示了DMI导致的焦点偏移对磁性材料参数和入射自旋波的频率有很强的依赖性,通过施加外磁场可以调控自旋波焦点的偏移。微磁模拟较好地验证了理论计算结果。该工作对自旋波在弯曲界面处传播的理解以及对手性磁子功能器件的设计具有重要意义。

本项研究得到了国家自然科学基金,国家重点研发计划,以及中国博士后科学基金的资助。包维维同学是论文第一作者,王振宇博士参与了指导。 

论文链接 

        Phys. Rev. B 102, 014423 (2020).

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