磁性体系平衡与非平衡相变临界点的预测研究获进展
文章导读
中国科学院物理研究所突破性地提出了一种通用型相变临界点预测指标，首次实现了对磁性体系平衡与非平衡两种相变临界点的准确预测。研究发现，在磁场驱动下静态响应函数趋向发散，而在自旋力矩驱动下动态响应函数则趋向发散，这一规律可在一阶线性微分系统框架内统一。这项成果不仅为理解相变现象提供新思路，更在磁传感器、存储器设计等自旋电子学领域展现出广阔应用前景。
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近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心，提出了基于频率依赖响应函数的通用型相变临界点预测指标，适用于平衡与非平衡两种磁相变系统临界点的预测。
对于磁性材料，可使用磁场和自旋力矩两种方法去翻转磁性材料的磁矩。前者对应平衡相变，后者对应非平衡相变。在磁场Bz驱动磁矩翻转的情况下，通过施加水平扰动场Bx0 cos(ωt)，磁矩的水平分量mx的峰值和磁场Bz以及频率ω的关系如图b所示。随着Bz接近临界点Bc，静态（ω=0）响应函数按照反比例函数形式趋向于发散，而动态（ω=ωc本征磁共振频率）响应函数逐渐减小，因此静态响应函数可作为磁场翻转磁矩过程的预测指标。对于自旋力矩驱动磁矩翻转的情况，mx的峰值和自旋力矩Jstt以及频率ω的关系如图e所示。随着Jstt接近临界点Jc，动态（ω=ωc）响应函数按照反比例函数形式趋向于发散，静态（ω=0）响应函数逐渐降低，因此动态响应函数可作为自旋力矩翻转磁矩的预测指标。研究进一步发现，这些静态和动态指标可在一阶线性微分系统的框架内统一，为预测平衡和非平衡相变的临界点提供了可推广的策略。
磁性体系中关于平衡与非平衡相变临界点预测指标的研究，为理解自然界中相变现象及探索其一般规律提供了新思路，彰显出该方法在跨学科研究的可拓展前景。
这一成果具有潜在的自旋电子学应用价值，可用于临界增强型磁传感器、磁存储器均匀性测试、自旋力矩振荡器动态控制和新型磁性材料设计。
相关研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院国际交流计划项目的支持。
平衡与非平衡磁性系统相变的示意图和预测指标
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