新研究突破磁学与自旋电子学领域的传统认知

近日，电子科技大学物理学院、电子薄膜与集成器件全国重点实验室教授严鹏课题组在磁学与自旋电子学研究领域取得重要进展。通过研究亚铁磁畴壁中的磁子自旋输运，他们发现了磁子穿过原子级窄畴壁后能够保留其原有自旋，这一结果突破了传统认知。该理论研究结果发表在1月15日的《物理评论快报》。

20世纪30年代，朗道等人提出了铁磁性的量子理论，描述了铁磁体中磁矩的集体激发行为，由于这些激发具有波动属性，被称为自旋波。20世纪30年代末，布洛赫等人对自旋波的量子化进行了深入研究。他们指出，自旋波可以被量子化，形成一种准粒子，即磁子。由于磁子具有相干长度长、不产生焦耳热等优点，近些年受到人们的广泛关注。特别是对磁子手性传输的研究，在探索新的物理现象和规律以及开发新型磁子器件方面具有重要意义。

磁织构中的磁子输运是一个重要的物理问题。一个被广泛被接受的结论是，当磁子经过180°磁畴壁时，磁子所携带的自旋角动量会发生翻转，变化的磁子角动量将转移给磁畴壁，进而推动畴壁运动，称为磁子自旋转移矩效应。最近，清华大学的南天翔课题组实验发现，在具有多畴态的亚铁磁体系中，磁子依旧存在自旋扩散，且流经多畴态和单畴态所测得信号强度几乎一样。

然而，由于多畴态存在多个可以相互抵消的磁畴，磁子所携带的角动量应当迅速衰减至零。这就带来了一个关键的问题：磁子流经亚铁磁畴壁时会维持还是翻转它的自旋角动量？为了回答这个问题，课题组研究了原子尺度下亚铁磁畴壁中的磁子自旋输运。

课题组的这项理论结果揭示了磁子在亚铁磁畴壁中的自旋传输机制，特别是发现了磁子穿过原子尺度窄畴壁后能够保留其原有自旋，这一结果突破了传统认知。这种独特的自旋传输机制为理解磁子与磁结构的相互作用提供了新的理论基础。从应用层面看，通过精确调控亚铁磁畴壁的宽度，可以实现对磁子自旋的高效操控，进而开发出基于磁子自旋的逻辑器件，为信息技术领域的创新带来新的思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.026701