Наклонный спиновый порядок упростил конверсию магнонов

Физики из Великобритании и Нидерландов обнаружили, что наклонный спиновый порядок облегчает преобразование магнонов из центральной зоны Брилюэна в движущиеся магноны. Для этого они облучали сверхбыстрым лазерным импульсом кристалл орторомбического перовскита (HoFeO₃). Статья опубликована в Nature.

Традиционно магнитные вещества делят на два основных класса — ферромагнетики и антиферромагнетики. Они отличаются спиновым порядком: в ферромагнетиках спины выстроены параллельно друг другу, а в антиферромагнетиках — антипараллельно. Хотя обычно антиферромагнетики имеют нулевую намагниченность, в некоторых из них возникает дополнительное антисимметричное спин-спиновое взаимодействие из-за сильной спин-орбитальной связи и приводит к скосу спинов, что, в свою очередь, приводит к намагниченности. Скошенные антиферромагнетики сочетают в себе антиферромагнитный порядок с явлениями, типичными для ферромагнетиков, и открывают большой потенциал для спинтроники и магноники.

Недавно ученые предложили новый класс магнитных материалов, который назвали альтермагнетиками. В них, в отличие от антиферромагнетиков, не происходит вырождение состояния. Экспериментально физики доказали существование таких магнитных состояний лишь в этом году.

Теперь физики Рубен Лендерс (R. A. Leenders), Дмитрий Афанасьев (D. Afanasiev), Алексей Кимель (A.V. Kimel) и Ростислав Михайловский (R. V. Mikhaylovskiy) из Университетов Ланкастера и Неймегена показали, что наклонный спиновый порядок в кристалле орторобического перовскита (HoFeO₃) позволяет конвертировать магноны — квазичастицы, соответствующие элементарному возбуждению системы спинов, — из центральной зоны Брилюэна в движущиеся магноны. Для этого они облучали образец, обладающий свойствами альтермагнетика, ультрабыстрым лазерным импульсом и исследовали спиновую динамику магнитооптически, измеряя вращение поляризации зондирующего света, отраженного от образца.

В результате ученые обнаружили сильный нелинейный эффект при возбуждении движущихся магнонов в орторомбическом перовските. По словам ученых, причиной этой нелинейности является дополнительный крутящий момент, создаваемый связью светового импульса с уже возбужденной антиферромагнитной прецессией, который определяется взаимодействием Дзялошинского — Мория. Физики подтвердили наблюдаемые экспериментальные данные при помощи компьютерного моделирования.

Как отмечают ученые, эти результаты потенциально могут быть использованы для создания магнонной логики, работающей на терагерцовой частоте.

Ученые не в первый раз обращают внимание на нелинейное поведение магнонов на терагерцовых частотах. Ранее мы писали, как терагерцовое излучение превратило магноны в фононы.