p Uma quasipartícula é uma perturbação ou excitação (por exemplo, ondas de spin, bolhas, etc.) que se comporta como uma partícula e, portanto, pode ser considerada como uma. Interações de longo alcance entre quasipartículas podem dar origem a um 'arrasto, 'que afeta as propriedades fundamentais de muitos sistemas na física da matéria condensada. p Este arrasto geralmente envolve uma troca de momento linear entre quasipartículas, que influencia fortemente suas propriedades de transporte. Pesquisadores da IBM e do Instituto Max Planck realizaram um estudo investigando essas oscilações de arrasto e quiralidade em antiferromagnetos sintéticos. Em seu jornal, que foi publicado recentemente em Física da Natureza , eles definiram um novo tipo de arrasto que envolve a troca de momento angular entre duas paredes de domínio magnético acionadas por corrente.

p "Nos últimos anos, Tenho trabalhado na interação da corrente de spin com a parede de domínio magnético quiral, cuja quiralidade é definida pela interação de Dzyaloshinskii-Moriya na interface, "Veja-Hun Yang, um pesquisador da IBM que realizou o estudo, contado Phys.org .

p Em 2013, Yang e seus colegas mostraram que as paredes do domínio quiral podem ser movidas de forma eficiente por uma corrente de spin induzida pela interação spin-órbita relativística, referido como torque spin-órbita. Mais ou menos na mesma época, essa observação também foi relatada por um grupo de pesquisadores do MIT.

p Alguns anos depois, Yang e seus colegas observaram que as paredes de domínio quiral acopladas podem se mover a uma velocidade muito maior (~ 1 km / s) pela corrente, devido a um poderoso torque de troca de acoplamento quando eles são antiferromagneticamente acoplados. Yang desenvolveu um modelo que pode ajudar a entender melhor essas observações e também descobriu um novo torque poderoso chamado torque de acoplamento de troca.

p "Durante o ajuste de dados com meu modelo, Eu localizei uma fase de anomalia estranha em um determinado espaço de parâmetro no domínio da velocidade da parede versus curvas de campo longitudinais aplicadas que mostra uma alta assimetria, "Yang explicou." Eu observei que uma parede de domínio acoplado fica dramaticamente mais lenta em campos negativos quando o acoplamento de troca é relativamente fraco. Por exemplo, meu modelo mostrou que a velocidade do domínio acoplado entra em colapso de 500 m / s para zero pela aplicação de apenas -50 mT de campo. "

p Yang descobriu que a redução dramática na velocidade observada em sua pesquisa foi devido à oscilação do deslocamento das paredes do domínio acoplado. Mais interessante, ele aprendeu que as magnetizações da parede do domínio oscilam / precessam de uma forma que está sincronizadamente correlacionada com o deslocamento das paredes do domínio.

p "Para observar esta fase nova e interessante, começamos um novo experimento preparando dispositivos formados a partir de filmes antiferromagnéticos sintéticos fracamente acoplados (SAF), que poderia ser alcançado pelo crescimento de camadas mais finas de cobalto imprensando espaçador de rutênio em SAF, "Yang disse." Observe que a interação Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) induz a troca de acoplamento entre as camadas de cobalto através da camada espaçadora de rutênio. "

p A força e o sinal das interações RKKY dependem sensivelmente da espessura de uma camada de Rutênio. Uma vez que as interações RKKY são sensíveis apenas a interfaces, dada uma determinada espessura de camada de rutênio, a força de acoplamento de troca pode ser ajustada ainda mais diminuindo a camada de cobalto abaixo de uma monocamada.

p "Em nosso experimento, nós, felizmente e imediatamente, reproduzimos a curva de campo longitudinal da velocidade da parede de domínio altamente assimétrica e o colapso dramático da velocidade da parede de domínio predita pelo meu modelo, o que me deixou muito animado na época, "Yang disse." No entanto, demorei mais de um ano para entender completamente o mecanismo físico dessa fase estranha. "

p Na tentativa de entender melhor suas observações anteriores, Yang passou muito tempo examinando seu modelo e reescrevendo equações acopladas de movimento de várias maneiras diferentes. Ele finalmente descobriu que a estranha fase dinâmica que havia observado estava relacionada a um tipo de arrasto chamado arrasto de troca quiral (CED).

p "Quando uma corrente flui para duas subcamadas acopladas, torques de rotação-órbita diferentes são exercidos nas paredes do domínio quirais, uma vez que o ambiente para cada parede do domínio não é idêntico, "Yang explicou." Consequentemente, uma parede de domínio quiral se move mais rápido do que a outra. Contudo, uma vez que suas posições estão fortemente ligadas entre si, uma parede de domínio mais rápida "arrasta" uma mais lenta. Isso significa que as paredes de domínio acopladas se movem na velocidade intermediária, isso é, velocidade média ponderada por suas magnetizações. "

p Este processo não dá origem imediatamente à fase estranha observada por Yang, uma vez que, neste estágio, as paredes de domínio acopladas ainda viajam a uma velocidade constante e razoável. Contudo, conforme o arrasto aumenta e excede um valor limite, a estrutura das paredes do domínio quiral torna-se instável. Em sua pesquisa, Yang também descobriu que o campo longitudinal aplicado atua como um botão, que pode ser usado para ajustar a força de arrasto.

p "Esta estrutura de parede de domínio instável corresponde à fase dinâmica estranha, e eu apelidei de "anomalia de arrasto de troca quiral, '"Yang disse." Eu aprendi que nesta fase a magnetização de precessões de parede de domínio quiral mais lento, isso é, a quiralidade oscila. Essencialmente, nesta fase de anomalia de arrasto de troca quiral, a energia cinética de um grande arrasto é convertida em outro DOF interno de momento angular, isso é, rotação azimutal da magnetização da parede de domínio, levando assim a uma queda dramática do deslocamento médio das paredes do domínio. "

p Enquanto ele estava desenvolvendo seu modelo, Yang também introduziu dois novos conceitos:paredes de quase domínio e domínios compostos. Paredes de quase domínio são paredes de domínio fictícias restritas a subcamadas em fio SAF, como se suas posições estivessem separadas uma da outra e eles se movessem independentemente. Suas magnetizações são revestidas de interação de acoplamento de troca, Portanto, paredes de quase-domínio são semelhantes a quase-partículas. Paredes de domínio compostas, por outro lado, correspondem às paredes de domínio acopladas reais que são compostas de paredes de quase domínio com posição bloqueada.

p "Quando descrevi esses conceitos pela primeira vez, Não percebi a importância das minhas descobertas e o impacto que teriam na física geral, "Yang disse." Algum tempo depois, Duas outras percepções sobre o importante significado físico de "arrastar" me ocorreram quando eu estava viajando. O primeiro aconteceu quando eu estava em um trem lendo um artigo de revisão sobre a dragagem de Coulomb. "

p Na época em que ele fez esta primeira percepção, Yang tinha acabado de descobrir que, embora CED e Coulomb drag compartilhem muitas semelhanças, eles também tinham diferenças substanciais. Por exemplo, em contraste com o arrasto de Coulomb, na quiralidade CED desempenha um papel fundamental, as posições das paredes de domínio quiral acopladas são ligadas umas às outras, e as paredes do domínio quiral têm outro DOF interno.

p "Tive um segundo insight quando estava lendo um capítulo sobre as equações de Dirac em um livro-texto de teoria quântica de campos em um quarto de hotel durante as férias, "Yang disse." Na época, Fiquei intrigado com os análogos surpreendentes entre meus férmions CED e Dirac. Por exemplo, a quiralidade das paredes de domínio acopladas é constante no estado estacionário de CED. Isso é semelhante aos ferimons Dirac sem massa que podem ser descritos pelas equações de Weyl. Nesse caso, quiralidade é um bom número quântico e constante. Por outro lado, à medida que os férmions de Dirac se tornam massivos, a quiralidade não é mais um estado próprio de tal forma que a quiralidade oscila com frequência de oscilação que é linearmente proporcional à massa. De forma similar, na fase de anomalia CED, a quiralidade da parede do domínio mais lento oscila com frequência de oscilação que é quase linearmente proporcional à magnetização líquida. "

p A nova pesquisa realizada por Yang e seus colegas é baseada em seus trabalhos e observações anteriores. Neste estudo, eles usaram microscopia magneto-óptica de Kerr para medir as paredes do domínio magnético quiral conduzido por corrente, o que lhes permitiu identificar sua posição. Antes de aplicarem pulsos de corrente, eles obtiveram uma imagem Kerr de fios modelados por um filme SAF fracamente acoplado.

p "Depois de aplicar uma sequência de alguns pulsos de nanossegundos longos ao fio, outra imagem Kerr foi tirada, "Yang explicou." A velocidade da parede do domínio poderia então ser calculada a partir da distância de deslocamento da parede do domínio dividida pelo comprimento do pulso atual. "

p Os pesquisadores usaram um microscópio Kerr equipado com eletroímãs. Isso permitiu que eles aplicassem campos magnéticos no plano e fora do plano durante o procedimento descrito acima.

p Yang e seus colegas definiram com sucesso uma nova forma de arrasto, CED, que é derivado de paredes de domínio magnético quirais acopladas que estão associadas a um torque de transferência de momento angular. Além disso, eles observaram que a força desse arrasto pode ser ajustada aproveitando a natureza quiral das paredes do domínio.

p Finalmente, os pesquisadores observaram uma nova fase dinâmica da parede de domínio, a fase de anomalia CED descrita acima, que ocorre quando o arrasto excede um valor limite. Interessantemente, ambas as anomalias CED e CED apresentam semelhanças marcantes com outros fenômenos de arrasto na física da matéria condensada, como Coulomb drag, bem como com férmions de Dirac em física de alta energia.

p "Estamos testemunhando o surgimento de um campo empolgante, Spintrônica Quiral, o casamento da spintrônica com a quiralidade, que atraiu enorme atenção nas comunidades de física da matéria magnética e condensada, "Yang disse." Eu acho que o CED e as anomalias do CED são um exemplo notável e uma contribuição significativa para a Spintrônica Quiral. Agora estou planejando lidar com outros sistemas quirais, como ferriímãs e antiferromagnetos quirais e sua interação com giros móveis. " p © 2019 Science X Network