磁子频率梳是由于磁子非线性而形成的一系列分立且具有等距离的频率峰。由于在频谱探测和超快磁子器件中所具有潜在的应用，磁子频率梳近年来已经成为磁子学领域的一个研究热点。自本课题组2021年首次提出磁子频率梳的概念以来 [Phys. Rev. Lett. 127, 037202 (2021)]，我们已经相继实现了携带轨道角动量的磁子频率梳 [Phys. Rev. Lett. 129, 107203 (2022)]，太赫兹超快磁子频率梳 [Phys. Rev. Lett. 131, 166704 (2023); Phys. Rev. B 108, 134427 (2023)]，以及基于斯格明子回音廊模式的准一维单向磁子频率梳 [Nano Lett. 24, 6730 (2024)]。然而在二维空间中具有各向异性的太赫兹磁子频率梳还有待发掘。

图1：反铁磁双半子在空间上的不对称分布(a) 和自旋波色散的非互异性(b)。

在二维磁性薄膜材料中，面内各向异性和界面DM相互作用的存在会诱导出一种具有拓扑保护的磁结构：双半子。因其结构等效于将斯格明的自旋整体旋转90°，故它又被称之为面内斯格明子。由于z方向旋转对称性的破坏，磁织构和自旋波群速度同时具有很强的各向异性（图1）。在该工作中，我们基于这种不对称性研究了反铁磁磁子的非线性散射，预测了太赫兹频段的各向异性磁子频率梳。

图2: (a) 反铁磁双半子和磁子的非线性散射。(b) 入射自旋波及其倍频。(c), (d) 不同激发场下的磁子频率梳。

以反铁磁体系中非对称双半子为例[图2(a), (b)]，通过注入线偏振自旋波使其与双半子呼吸模发生非线性三磁子过程。这一过程在磁体系中的重复发生，促使了一系列差频和合频模式的产生，在太赫兹的频率空间上形成了等距离间隔的梳齿，即磁子频率梳 [图2(c), (d)]。这一现象与我们此前基于斯格明子形成的太赫兹磁子频率梳相似 [Phys. Rev. B 108, 134427 (2023).]。然而，由该体系中双半子和自旋波的不对称性，非线性三磁子散射过程具有很强的各向异性。具体来说，双半子具有y方向的镜面对称性，而x方向的镜面对称性则发生破缺。而磁子色散则y方向上具有非互异性，保持了x方向上的镜面对称性。这些特性直接导致了三磁子耦合系数在空间上具有很强各向异性，促进了非对称磁子频率梳的形成（图3）。

图3: (a) 自旋波入射方向和双半子相对位置的示意图。(b) 磁子频率梳和自旋波入射方向的关系(c) 不同模式的磁子数和自旋波入射方向的关系 (d) 具有各向异性的三磁子耦合强度。

该工作预言了反铁磁磁子-双半子的非线性散射所诱导的各向异性磁子频率梳，首次结合太赫兹技术和各向异性磁子频率梳的优点，增加了磁子频率梳的可调性，有望促进各向异性磁子频率梳的发展。

此项研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

论文链接：

Appl. Phys. Lett. 125, 052401 (2024).