物理學家實現可調諧的自旋波激發

來自MIPT和俄羅斯量子中心的物理學家，以及來自薩拉托夫州立大學和密歇根理工大學的同事一起，展示了通過短激光脈沖控制納米結構鉍鐵石榴石薄膜中自旋波的新方法。該解決方案以Nano Letters的形式出現，具有在節能信息傳輸和基于自旋的量子計算中的應用潛力。

粒子的自旋是其固有的角動量，該角動量始終具有方向。在磁化材料中，自旋全部指向一個方向。這種磁階的局部破壞伴隨著自旋波的傳播，自旋波的量子被稱為磁振子。

與電流不同，自旋波傳播不涉及物質轉移。結果，使用磁振子而不是電子來傳輸信息導致的熱損失要小得多。數據可以在自旋波的相位或幅度中進行編碼，并可以通過波干擾或非線性效應進行處理。

基于磁振子的簡單邏輯組件已經可以作為示例設備使用。但是，實施這項新技術的挑戰之一是需要控制某些自旋波參數。在許多方面，光學激發磁振子比其他方式更方便，這是最近發表在《納米快報》上的論文之一。

研究人員激發了納米結構的鉍鐵石榴石中的自旋波。即使沒有納米圖案，該材料也具有獨特的光磁特性。它的特點是磁衰減低，即使在室溫下，磁振子也可以傳播很長的距離。它在近紅外范圍內也是高度光學透明的，并且具有很高的維爾德常數。

該研究中使用的薄膜具有精細的結構：光滑的下層，頂部形成一維光柵，周期為450納米。這種幾何形狀能夠激發具有非常特定的自旋分布的磁振子，這對于未改性的薄膜是不可能的。

激光泵浦脈沖通過局部破壞鉍鐵石榴石(BiIG)中的自旋順序(如紫色箭頭所示)來產生磁振子。然后使用探測脈沖來恢復有關激發的磁振子的信息。GGG表示g鎵石榴石，可作為基質來源：Alexander Chernov等人/ Nano Letters

為了激發磁化旋進，該團隊使用了線性偏振泵浦激光脈沖，其特性會影響自旋動力學和產生的自旋波的類型。重要的是，波激發是由光效應而不是熱效應引起的。

研究人員依靠250飛秒的探測脈沖來跟蹤樣品的狀態并提取自旋波特性。可以相對于泵浦脈沖以期望的延遲將探測脈沖定向到樣品上的任何點。這將產生有關給定點的磁化動力學的信息，可以對其進行處理以確定自旋波的頻譜頻率，類型和其他參數。