Stati linearmente polarizzati di onde di spin antiferromagnetiche osservate. L'angolo di polarizzazione cambia nello spazio, che in effetti è un effetto analogo alla 'birifrangenza circolare' della luce. Credito:Taku J Sato
Un team internazionale di ricercatori dalla Thailandia, gli Stati Uniti e il Giappone hanno condotto uno studio approfondito su un comportamento esotico del materiale chiamato antiferromagnete non centrosimmetrico. Il gruppo, monitorare il comportamento della propagazione delle onde di spin in materiale magnetico, ha riportato i suoi risultati, che mostrano la prima prova diretta dei magnon non reciproci.
Un effetto di birifrangenza circolare, in cui i fotoni che viaggiano all'interno di un certo tipo di cristallo hanno velocità diverse a seconda della loro polarizzazione circolare è abbastanza comune. In altre parole, i fotoni mancini potrebbero viaggiare più velocemente dei fotoni destrorsi. Quando questo effetto appare sotto un campo magnetico esterno finito, si chiama effetto Faraday, in cui la polarizzazione della luce ruota mentre si propaga lungo il cristallo con l'angolo di rotazione linearmente dipendente dal campo. Ci sono utili applicazioni di questo effetto nelle moderne tecnologie ottiche e fotoniche. Gli isolatori ottici utilizzano l'effetto Faraday, considerando che la registrazione magneto-ottica si basa sulla sua variante a riflessione, l'effetto Kerr.
Anche altri sistemi mostrano comportamenti che ricordano l'effetto di birifrangenza circolare. In un materiale magnetico ordinato, un'eccitazione di spin può anche propagarsi lungo il cristallo. Questa eccitazione è chiamata magnon. Simile agli stati di polarizzazione dei fotoni, Anche i magnoni in un antiferromagnete hanno due stati distinti:circolare sinistro e circolare destro. Nella maggior parte dei materiali magnetici, questi due stati hanno la stessa energia e sono quindi indistinguibili. Però, in un certo tipo di materiale magnetico, questi due stati di magnon si comportano diversamente a causa della mancanza di simmetria di inversione spaziale nella struttura cristallina.
Relazioni di dispersione spin-onda osservate e fluttuazioni di spin corrispondenti negli stati polarizzati circolarmente. Credito:Taku J Sato
Questo fenomeno, chiamati magnon non reciproci, è stato previsto da Hayami et al. Però, non c'è stata osservazione diretta di questi magnon non reciproci fino a questo lavoro. Il team di ricerca ha eseguito esperimenti di diffusione di neutroni su α-Cu . a cristallo singolo 2 V 2 oh 7 e osservato una chiara evidenza di diverse relazioni di dispersione energia-impulso tra la propagazione magnon circolare sinistra e circolare destra. I dati sperimentali sono confermati da calcoli lineari di spin-wave.
Questo nuovo regime di materiali magnetici potrebbe avere applicazioni nell'elettronica basata su magnon (magnonica) come il transistor ad effetto di campo a onde di spin.
