Onde di rotazione, o magnon, come l'eccitazione elementare del sistema magnetico, può trasferire il momento angolare di spin, che offre ampie prospettive per il Non Volatile, a basso consumo energetico, dispositivi microelettronici ad alta velocità e piccole dimensioni nel periodo post-Moore. Magnonica, che abbraccia la generazione, trasporto e manipolazione di magnon, è diventata l'ultima direzione di sviluppo della spintronica e una disciplina emergente della fisica della materia condensata.

Negli ultimi anni, Il gruppo di ricerca del Prof. HAN Xiufeng presso l'Istituto di Fisica dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) ha sviluppato una valvola Magnon con una struttura centrale di isolante magnetico (MI)/distanziatore (S)/isolatore magnetico (MI) (come YIG /Au/YIG), una giunzione Magnon (come YIG/NiO/YIG) e un separatore magnetoelettrico che può essere utilizzato come generatore di Magnon e rilevatore di Magnon (come Pt/YIG/Pt), mirando a utilizzare metodi elettrici puri e il cambiamento delle strutture magnetiche per controllare efficacemente la generazione e il trasporto di magnon, realizzare così un rapporto di attivazione/disattivazione della trasmissione del 100% delle correnti di magnon.

Perciò, un'ulteriore comprensione approfondita delle proprietà di trasporto di magnoni incoerenti o coerenti in una giunzione magnonica completamente isolata elettricamente diventerà la base fisica chiave per lo sviluppo di dispositivi e circuiti magnonici pratici in futuro.

Per comprendere meglio il meccanismo di trasmissione magnon nella giunzione magnon dalla microscala, Lo studente di dottorato YAN Zhengren, Professore Associato WAN Caihua, e il prof. HAN Xiufeng ha studiato la trasmissione magnon nella struttura a sandwich di isolanti ferromagnetici (FMI)/isolatori antiferromagnetici (AFI)/isolatori ferromagnetici (FMI) mediante simulazioni di modelli di spin atomici.

Hanno scoperto che l'effetto della giunzione magnon (MJE) o l'effetto della valvola magnon (MVE) può essere riprodotto, dimostrando la trasmissione magnon dipendente dalla magnetizzazione. MJE e MVE derivano dalla polarizzazione dell'onda di spin.

Generalmente, i reticoli spin-up (spin-down) possono ospitare solo magnon polarizzati circolarmente destrorsi (sinistri). Mentre solo i magnon polarizzati circolarmente destrimani sono favoriti in FMI con magnetizzazione verso l'alto, entrambe le polarizzazioni circolari sinistrorse e destrorse sono consentite in AFI a causa di due reticoli spin-opposti. Questa regola di selezione fa sì che la riflessione totale dell'onda di spin si verifichi quando i magnoni cercano di diffondere in un reticolo di spin, che non supporta la loro polarizzazione.

Ad esempio, quando i magnoni circolari destrorsi eccitati nella regione di spin-up vengono iniettati nella regione di spin-down, la regola di selezione comporterebbe una trasmissione a bassa magnon attraverso l'interfaccia. Questo fenomeno chiamato effetto di blocco magnon, il che mostra che la polarizzazione dell'onda di spin gioca un ruolo importante nella trasmissione dei magnoni.

Per di più, hanno studiato teoricamente il comportamento di diffusione delle onde di spin all'interfaccia di un'eterogiunzione accoppiata antiferromagneticamente. Si mostra che le onde di spin che passano attraverso l'interfaccia sono onde evanescenti e le onde incidenti sono tutte riflesse indietro, dimostrando un effetto di blocco magnon dipendente dalla magnetizzazione in questa struttura.

Il risultato indica che con l'aumento della frequenza dell'onda di spin, la lunghezza del decadimento diminuisce e le onde evanescenti sono più concentrate all'interfaccia, mostrando un effetto pelle magnonico simile all'effetto pelle delle onde elettromagnetiche.

Per di più, è stato previsto anche uno spostamento magnonico positivo di Goos-Hänchen delle onde riflesse. Può essere compreso da un efficace spostamento dell'interfaccia di riflessione indotto dalla lunghezza di decadimento diversa da zero delle onde evanescenti.

In sintesi, i risultati mostrano che la manipolazione efficiente dei magnoni coerenti/incoerenti da parte delle giunzioni magnon deriva dalla chiralità intrinseca dei magnoni nei materiali magnetici. Queste scoperte confermano la base fisica dei dispositivi Magnon per manipolare in modo efficiente il trasporto Magnon, e fornisce una nuova direzione di sviluppo e un percorso tecnico per lo sviluppo di dispositivi logici e di archiviazione di tipo magnon puro.

Questa ricerca è stata pubblicata in Fis. Rev. B .