《自然·物理》:电子学院与物理学院联合报道反铁磁薄膜的超快自旋流产生

发布时间:2020-11-17浏览次数:37


近日,《自然·物理》在线发表了南京大学电子科学与工程学院和物理学院在太赫兹自旋电子学方面的最新研究成果。他们在室温和零磁场的情况下利用超快激光泵浦反铁磁薄膜/重金属(NiO/Pt)薄膜异质结,观察到太赫兹辐射,并通过一系列的实验证明该发射来源于反铁磁薄膜中超快自旋电流的产生,这是国际上在反铁磁材料和零磁场情况下首次观察到超快自旋电流的产生。


反铁磁材料对外界磁场干扰不敏感,共振频率在太赫兹频段,有望实现稳定和高速的电子器件。但是反铁磁材料具有零净磁矩和低磁化率,在以往的研究中必须施加10特斯拉量级的强磁场,以打破反铁磁系统的两个磁本征模的简并性。该研究采用超快激光在零外场和室温下的条件下诱导反铁磁材料NiO产生瞬态磁化,并因此向邻近的重金属Pt层注入超快自旋流。根据逆自旋霍尔效应,纵向超快自旋流在Pt层中转化为横向高频电荷电流,从而向空间辐射太赫兹频段的电磁波。论文通过对太赫兹发射谱的测量,系统的研究了超快自旋流的产生对NiO的放置角度、泵浦激光的偏振方向和NiO薄膜的晶向等参数的依赖性,验证了NiO中的非线性光学过程是其产生瞬态磁化的物理机制。该现象的发现为反铁磁自旋电子学、高速安全的存储器件以及新型太赫兹源的研究提供一个全新的思路。


电子学院邱红松副研究员(毓秀计划)和物理学院周礼繁博士为论文的共同第一作者,电子学院超导电子学研究所金飚兵教授和物理学院吴镝教授为论文的共同通信作者。电子学院吴培亨院士、陈健教授、张彩虹副教授、吴敬波副教授、物理学院张琦教授和复旦大学赵海斌教授在实验设计、测量和结果分析等方面做出了重大贡献和支持。西安交通大学米少波教授和成绍鸫教授完成了样品的结构分析。南京大学为论文第一单位。该研究受到基金委创新群体、国家重点研发计划(2017YFA07002022017YFA0303202)、国家自然科学基金委和固体微结构物理国家重点实验室等项目和平台的资助。