莫斯科物理和技术研究所 磁振子激发
信用:达里娅·索科尔/MIPT 来自MIPT和俄罗斯量子中心的物理学家，以及来自萨拉托夫州立大学和密西根科技大学的同事，展示了通过短激光脉冲控制纳米结构铋铁石榴石薄膜中自旋波的新方法
该解决方案发表在《纳米快报》上，在高能效信息传输和基于自旋的量子计算方面具有应用潜力
粒子的自旋是它固有的角动量，它总是有方向的
在磁化材料中，自旋都指向一个方向
这种磁序的局部破坏伴随着自旋波的传播，自旋波的量子被称为磁振子
与电流不同，自旋波传播不涉及物质的转移
因此，使用磁振子而不是电子来传输信息会导致更小的热损失
数据可以以自旋波的相位或振幅进行编码，并通过波干涉或非线性效应进行处理
基于磁振子的简单逻辑元件已经可以作为样品装置使用
然而，实现这种新技术的挑战之一是需要控制某些自旋波参数
在许多方面，光学激发磁振子比用其他方法更方便，其中一个优点在最近的《纳米快报》上发表
研究人员在纳米结构的铋铁石榴石中激发自旋波
即使没有纳米图案，该材料也具有独特的光磁特性
它的特点是低磁衰减，即使在室温下也允许磁振子远距离传播
它在近红外范围内也是高度光学透明的，并且具有高的费尔德常数
研究中使用的薄膜有一个复杂的结构:一个光滑的下层，上面有一个一维光栅，周期为450纳米
这种几何形状能够激发具有非常特殊自旋分布的磁振子，这对于未改性的薄膜是不可能的
光脉冲激发自旋波的示意图
激光泵浦脉冲通过局部扰乱铋铁石榴石(BiIG)中的自旋顺序(如紫色箭头所示)产生磁振子
然后用探测脉冲恢复受激磁振子的信息
GGG表示钆镓石榴石，它作为衬底
/纳米字母 为了激发磁化进动，研究小组使用了线偏振泵浦激光脉冲，其特性影响了自旋动力学和产生的自旋波的类型
重要的是，波激发是由光磁效应而不是热效应引起的
研究人员依靠250飞秒的探测脉冲来跟踪样品的状态并提取自旋波特征
探针脉冲可以相对于泵脉冲以期望的延迟指向样品上的任何点
这产生了关于给定点的磁化动力学的信息，该信息可以被处理以确定自旋波的频谱频率、类型和其他参数
与以前可用的方法不同，新方法能够通过改变激发波的激光脉冲的几个参数来控制产生的波
除此之外，纳米结构薄膜的几何形状允许激发中心定位在大约10纳米大小的点上
纳米图案还使得产生多种不同类型的自旋波成为可能
激光脉冲的入射角、波长和偏振能够共振激发样品的波导模式，这由纳米结构特性决定，因此激发的自旋波的类型可以被控制
与光激发相关的每个特征可以独立地变化，以产生期望的效果
“纳米光子学在超快磁性领域开辟了新的可能性，”该研究的合著者、MIPT磁性异质结构和自旋电子学实验室负责人亚历山大·切尔诺夫说
“实际应用的创造将取决于能否超越亚微米尺度，提高操作速度和多任务处理能力
我们已经展示了一种通过纳米结构磁性材料来克服这些限制的方法
我们成功地将光定位在几十纳米宽的点上，并有效地激发了各种数量级的自旋驻波
这种类型的自旋波使得该装置能够在高达太赫兹范围的高频下工作
" 该论文通过实验证明了在铋铁石榴石的特殊设计的纳米图案化膜中，在短激光脉冲的光激发下，发射效率和控制自旋动力学的能力得到了提高
它为基于相干自旋振荡的磁数据处理和量子计算开辟了新的前景
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