西安交大科研人员在二维磁振子研究领域取得重要进展

磁振子（Magnon）是描述磁性材料中自旋波的一种准粒子，是集体自旋激发的量子化表现。作为自旋激发载体，磁振子本身携带的自旋或轨道角动量可以用于信息处理，从而实现无焦耳热的自旋电子学器件。更重要的是，磁振子具有纳米级波长，并且能在太赫兹频率范围内工作，这些特性有望突破现代电子学的基本局限性。然而，在实际应用中，实现电场对磁振子的非易失性调控面临诸多挑战。一方面，要实现磁振子与电场的有效耦合，材料需要具备强磁电耦合特性，但目前相关体系的实验合成仍然充满困难；另一方面，磁振子携带的自旋或轨道角动量通常与电场解耦，这进一步增加了实现高效调控的复杂性。

针对上述问题，西安交通大学物理学院软物质与凝聚态团队姜志军特聘研究员与新加坡南洋理工大学倪斤阳博士、盐城工学院卢金炼副教授和美国阿肯色大学Laurent Bellaiche教授合作，提出了一种电场调控二维铁磁绝缘体中磁振子的通用理论框架。研究表明，在具有强自旋-层耦合的双层铁磁绝缘体中，外加电场能够有效调控层间的自旋交换相互作用，从而实现对磁振子的非易失性控制。通过密度泛函理论（DFT）计算，研究团队进一步验证了在Janus双层铬基铁磁体中，电场可精确调节两层之间的自旋交换相互作用，进而控制磁振子的拓扑性质，包括其贝里曲率和轨道磁矩。因此，相应的磁振子谷霍尔效应和轨道霍尔效应也可通过电场实现高效调控。这项工作为实现非易失自旋电子学器件迈出了重要的一步，也为未来的磁电耦合器件奠定了坚实的理论基础。

研究成果以“Nonvolatile Magnonics in Bilayer Magnetic Insulators”为题在《Nano Letters》上在线发表，西安交通大学为该论文的第一单位，南洋理工大学倪斤阳博士与西安交通大学物理学院博士生张振龙为共同第一作者，西安交通大学物理学院姜志军特聘研究员和南洋理工大学倪斤阳博士为论文共同通讯作者。本研究获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、陕西数理基础科学研究项目、小米青年学者项目、复旦大学应用表面物理国家重点实验室和西安交通大学青年拔尖人才计划的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c06015