Впервые наблюдалось поляризационное вращение спиновых волн

Международная команда исследователей из Таиланда, США и Японии провела тщательное изучение экзотического поведения материала под названием «нецентросимметричный антиферромагнетик». Команда, наблюдавшая поведение распространения спиновых волн в магнитном материале, сообщила о своем открытии, которое впервые представило прямые доказательства невзаимных магнонов.

Эффект «кругового двулучепреломления», когда фотоны, движущиеся внутри определенного типа кристалла, имеют разные скорости в зависимости от их круговой поляризации, довольно распространен. Другими словами, левовращающиеся фотоны могут двигаться быстрее, чем правовращающиеся. Такой эффект, специфически проявляющийся при конечном внешнем магнитном поле, называется эффектом Фарадея, где плоскость поляризации линейно-поляризованного света поворачивается, когда он распространяется вдоль кристалла с углом поворота, в частности, линейно зависящим от поля. В современной оптической и фотонной технологии имеется множество применений этого эффекта. Оптический изолятор является одним из таких устройств с использованием эффекта Фарадея, тогда как магнитооптическая запись основана на его зеркальном варианте - эффекте Керра.

Другие системы также демонстрируют поведение, напоминающее эффект кругового двойного лучепреломления. В упорядоченном магнитном материале спиновое возбуждение также может распространяться вдоль кристалла. Это возбуждение называется «магноном». Подобно поляризационным состояниям фотонов, магноны в антиферромагнетике также имеют два различных состояния: левовращательное и правовращательное состояние. В большинстве магнитных материалов эти два состояния имеют одинаковую энергию и поэтому неразличимы. Однако в определенном типе магнитного материала эти два состояния магнонов ведут себя по-разному из-за отсутствия симметрии пространственной инверсии в кристаллической структуре.

Это явление, называемое невзаимными магнонами, было предсказано Хайями и др. (Hayami et al). Однако до этой работы не было прямого наблюдения за этими невзаимными магнонами.

Исследовательская группа провела эксперименты по рассеянию нейтронов на монокристаллах -Cu2V2O7 и продемонстрировала четкие свидетельства различных дисперсионных соотношений энергии-импульса между циркулярно левополяризованными и правополяризованными магнонами. Экспериментальные данные подтверждены расчетами.

Эта работа открывает новый режим магнитного материала, который может найти применение в магнонной электронике (магнонике), такой как полевой транзистор со спиновой волной.

Линейно поляризованные состояния наблюдаемых спиновых волн в антиферромагнетике. Угол поляризации изменяется в пространстве, что действительно является аналогичным эффектом для «кругового двулучепреломления» света