斯特恩-盖拉赫效应（Stern-Gerlach effect, SG effect）描述的是一束银原子通过空间不均匀磁场后分裂成两束银原子的奇特现象，如图1（a）所示。施特恩-盖拉赫实验首次验证了原子角动量的空间量子化，揭示了电子的自旋属性，因此被认为是打开量子世界大门的钥匙。该效应在许多其他体系中（如光子、手性分子等）也得到了预测和证实。与电子类似，磁子也可以携带和传递自旋角动量。在铁磁体中，只存在一种磁子自旋类型，即右手极化的自旋波模式。而在反铁磁体中，左手极化和右手极化的两种磁子自旋类型可以同时存在，使许多与电子自旋相关的物理现象在反铁磁自旋波体系中也可以得以实现，如反铁磁自旋波field-effect transistor、磁子Nernst效应、磁子Zitterbewegung效应和磁子Hanle效应等。尽管与电子有这些相似之处，然而在磁学体系中还没有磁子SG效应的相关报道。主要原因是反铁磁体中两种极化的磁子自旋是简并的，虽然施加强磁场(几个特斯拉)可以打破两种磁子自旋的能量简并，但无法实现两种磁子自旋极化态的空间分离。

图1：电子(a)和磁子(b)斯特恩-盖拉赫效应的示意图。

最近研究发现，反对称交换相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction, DMI）可以打破两种极化自旋波模式的简并，为实现磁子SG效应提供了可能。我们在这项工作中证实了DMI界面可等效为一个不均匀磁场，使一束线偏振的自旋波束分裂为两束极化相反的自旋波束，如图1（b）所示。此外，我们还利用弯曲DMI界面来构造磁子透镜，实现了反铁磁自旋波的双聚焦现象，表明该手性透镜具有自旋分辨的能力，甚至还可以实现热激发的非相干磁子在空间上的极化分离。

图2：自旋分辨磁子流的产生与探测方案。

 最后，我们提出了实验方案来检验磁子流自旋/极化空间分离的理论预测，如图2所示。该工作提供了一种在反铁磁绝缘体中不施加外场的情况下产生磁子自旋流的方法，有望应用于反铁磁自旋波器件。

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 本工作得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。

 论文链接：

    Appl. Phys. Lett. 120, 242403 (2022) (Editor's Pick).