近年来，亚铁磁自旋电子学成为纳米磁学和凝聚态物理的一个重要研究热点，备受人们的关注。亚铁磁是由两套具有不同朗德因子的亚晶格组成的磁有序体系，在其角动量补偿点，该体系不仅可以实现类似于反铁磁体系的超快动力学，同时还拥有可探测的净磁矩。自旋波是磁有序体系中的一种自旋集体激发模式，具有纳米量级的波长、低能耗以及与CMOS结构兼容性等优势，在新一代信息存储、计算设备以及电信系统等自旋电子相关领域中具有十分广阔的应用前景。因此，对自旋波在不同材料体系中传输特性的研究，将为今后研发基于可控自旋波的电子器件奠定基础。

图1：自旋波在亚铁磁磁畴（虚线）和磁畴壁（实线）中的色散关系。

本文通过解析推导和数值模拟的方法研究了自旋波在亚铁磁畴壁中的传输特性。与铁磁体系不同的是，自旋波在亚铁磁体系中具有两种手性，分别为左手性和右手性。计算表明，当存在反对称的界面Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用时，自旋波在畴壁中的传播体现出非互易性。虽然该非互易性源于DM相互作用，但它却不依赖于DM相互作用的正负，即对应于磁畴壁的手性，而是取决于畴壁的极性和材料体系的总角动量。特别地，在角动量补偿点时，固定手性的自旋波会表现出单向传播的特点。与磁畴相比，自旋波在磁畴壁中的禁带大幅度地减小，从而可以将磁畴壁看作是一种类光纤的波导。为了探测该通道里的自旋波特性，例如，频率和波矢，我们提出了一种非线性的探测方法，即three-magnon散射。进一步地，根据自旋波在畴壁中非互易的传播特性，我们可以反推出材料的DM相互作用强度。微磁模拟很好地验证了我们的分析结果。

图2：磁畴壁中非互易自旋波的微磁模拟。

该研究促进了对亚铁磁体系中自旋波的理解，同时也为研发基于可控自旋波和手性亚铁磁的自旋电子设备提供了理论指导。

本工作得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

Phys. Rev. B 106, 224413 (2022).