Аннотация
В настоящее время ведутся интенсивные теоретические и экспериментальные исследования антиферромагнитных двухмерных (2D) материалов с учетом их возможного применения в антиферромагнитных магнитных и спинтронных устройствах. Недавние экспериментальные исследования показали важность магнитной анизотропии и дзялошинско-морийских взаимодействий (ДМИ) на упорядоченном наземном состоянии и магнитных возбуждений в этих материалах. В данной работе представлен надежный классический подход теории поля для изучения влияния анизотропии и DMI на краевые и объемные спиновые волны в 2D антиферромагнитных наноуглеродах. Мы предсказываем существование нового класса невзаимных краевых спиновых волн, характеризующихся противоположной поляризацией в контрраспространении. Эти новые краевые спиновые волны индуцируются DMI и принципиально отличаются от обычных нереципрокальных спиновых волн, для которых поляризация не зависит от направления распространения. Далее мы анализируем влияние краевых структур на магнитное возбуждение этих систем. В частности, показано, что анизотропные бородатые краевые наносигналы действуют как топологически тривиальные магнитные изоляторы с потенциально интересным применением в магнонике. Результаты представляют собой важный вывод для текущих усилий по созданию нетрадиционных магнитных устройств, использующих поляризацию спиновых волн.
Введение
Поляризация спиновой волны определяется направлением предварительной обработки намагниченности и представляет собой важную дополнительную внутреннюю степень свободы, помимо амплитуды и фазы спиновой волны. Теория спиновых волн в коллинеарном антиферромагните, состоящем из двух магнитных решеток с противоположной намагниченностью, как известно, дает два объемных режима. Прецессионные частоты этих мод характеризуются противоположными вкладами обменного взаимодействия. Как следствие, подрешеточные магниты предварительно обрабатываются по часовой стрелке в одном из режимов и против часовой стрелки в другом. Режимы спиновых волн в антиферромагните, следовательно, характеризуются противоположными поляризациями, обычно называемыми правосторонними и левосторонними спиновыми волнами.
Важные преимущества использования поляризации спиновых волн для кодирования и обработки информации в антиферромагнитных магнитах недавно получили значительное внимание. Взаимодействие Дзялошинского и Мория (ДМИ) было выделено в качестве ключевого компонента для реализации магнитных устройств, основанных на поляризации. В частности, в качестве поляризатора спиновых волн, замедлителя и транзистора были предложены стены антиферромагнитного домена с DMI.
В отличие от симметричного обменного взаимодействия Гейзенберга, DMI является антисимметричным и нарушает отраженную симметрию в магнитном материале. Следовательно, вклад DMI в дисперсионные кривые дисперсии спиновых волн может быть асимметричным, что приводит к возбуждению нереципрокальных спиновых волн. Нереципрокальные спиновые волны характеризуются разными частотами и амплитудами при распространении в противоположных направлениях. Это может происходить из-за нескольких факторов, включая DMI, неоднородность намагниченности, внешнее магнитное поле и асимметричные магнитные анизотропы на поверхности магнитной пленки. Однако поляризация обычных нереципиновых спиновых волн не зависит от направления распространения. Нереципрокатные объемные, поверхностные, межфазные и междоменные спиновые волны в магнитных пленках и многослойных структурах стенок широко исследованы для фундаментальных и технологических интересов.
Недавно появилось новое исследовательское поле для исследования магнитных возбуждений в двухмерных (2D) и квази-2D-слойных материалах ван дер Ваальса. Учитывая их новые характеристики, ожидается, что эти недавно обнаруженные материалы откроют новые маршруты в магнонике и спинтронике. Экспериментальные исследования квази-2D ферромагнитов и антиферромагнитов выявили важность магнитной анизотропии и DMI при спиновом возбуждении в этих материалах. Было также предложено несколько интересных подходов для настройки магнитной анизотропии и DMI.
Ограниченные 2D магнитные материалы представляют собой краевые спиновые волны, рассматриваемые как 1D аналог поверхностных спиновых волн в тонких магнитных пленках. Интерес к поверхностным спиновым волнам естественным образом распространяется на края спиновых волн, как фундаментальные явления с потенциалом для новаторских применений. Несмотря на интенсивные исследования магнитного возбуждения в 2D материалах, влияние DMI и магнитной анизотропии на краевые спиновые волны в ограниченных 2D антиферромагнитах еще не получило должного внимания и остается открытым для обнаружения.
В настоящей работе разрабатывается классический полевой подход с соответствующими граничными условиями для изучения комбинированного влияния DMI и магнитной анизотропии на краевые и объемные спиновые волны в 2D антиферромагнитных сотовых наноуглеродах. Мы предсказываем новый класс нереципрокальных краевых спиновых волн, характеризующихся противоположной (правой и левой) поляризацией при распространении в противоположных направлениях. Дальнейшее исследование выявляет нетрадиционные и интересные особенности этих спиновых волн, продвигая 2D сотовые антиферромагниты как потенциально перспективные для применения в магнонике. В частности, мы обнаружили, что анизотропные наноуглероды с бородатыми границами содержат низкоэнергетические спиновые волны, которые могут возбуждаться отдельно от объемных режимов, выступая, таким образом, в качестве магнитных изоляторов. В присутствии DMI, низкоэнергетические края спиновых волн распространяются исключительно по одному краю наноленты, с контролируемым направлением распространения и поляризацией. Нанориббоны с бородатыми краями также характеризуются наведенными DMI однонаправленными высокоэнергетическими спиновыми волнами над полосой распространения, с удивительно большими групповыми скоростями вблизи границы зоны Брилуана (BZ).
Результаты
Динамика отжима навалов
Репрезентативные объемные участки 2D-антиферромагнитной сотовой наноленты схематично представлены на рис. 1. В состоянии антиферромагнитного порядка Néel спины на ячеистых подрешетках A (синяя) и B (красная) обычно предполагаются параллельными и антипараллельными оси Z. В случае с антиферромагнитными подрешетками Néel в качестве таковыми выступают ячеистые подрешетки A (синяя) и B (красная). Взаимодействие в 2D-антиферромагнитной сотовой наноленте описывается полуклассическим Гейзенбергом Гамильтонианом, выраженным.
Оставайтесь с каналом Наука 1.0 , дальше только интереснее.