Ondas giratórias, ou magnons, como a excitação elementar do sistema magnético, pode transferir o momento angular de rotação, que oferece amplas perspectivas para o não volátil, baixo consumo de energia, dispositivos microeletrônicos de alta velocidade e de pequeno porte no período pós-Moore. Magnônica, abrangendo a geração, transporte e manipulação de magnons, tornou-se a mais recente direção de desenvolvimento da spintrônica e uma disciplina emergente da física da matéria condensada.

Nos últimos anos, O grupo de pesquisa do Prof. HAN Xiufeng no Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências (CAS) desenvolveu uma válvula magnon com uma estrutura central de isolador magnético (MI) / espaçador (S) / isolador magnético (MI) (como YIG / Au / YIG), uma junção magnon (como YIG / NiO / YIG) e um separador magneto elétrico que pode ser usado como gerador de magnon e detector de magnon (como Pt / YIG / Pt), visando o uso de métodos elétricos puros e a mudança das estruturas magnéticas para controlar efetivamente a geração e o transporte de magnons, assim, realizar uma relação liga-desliga de 100% da transmissão das correntes magnônicas.

Portanto, uma compreensão mais aprofundada das propriedades de transporte de magnons incoerentes ou coerentes em uma junção magnônica completamente isolada eletricamente se tornará a base física chave para o desenvolvimento de dispositivos e circuitos magnônicos práticos no futuro.

A fim de compreender melhor o mecanismo de transmissão do magnon na junção do magnon a partir da microescala, Estudante de doutorado YAN Zhengren, Professor Associado WAN Caihua, e o Prof. HAN Xiufeng estudou a transmissão de magnons na estrutura sanduíche de isolador ferromagnético (FMI) / isolador antiferromagnético (AFI) / isoladores ferromagnéticos (FMI) por meio de simulações atomísticas de modelos de spin.

Eles descobriram que o efeito da junção do magnon (MJE) ou o efeito da válvula do magnon (MVE) podem ser reproduzidos, demonstrando a transmissão do magnon dependente da magnetização. O MJE e o MVE são derivados da polarização da onda de spin.

Em geral, reticulados spin-up (spin-down) só podem acomodar magnons polarizados circularmente à direita (esquerda). Embora apenas magnons polarizados circularmente destros sejam favorecidos no FMI com magnetização ascendente, ambas as polarizações circulares canhotas e destras são permitidas em AFI devido a duas redes de spin opostas. Esta regra de seleção, portanto, faz com que a reflexão total da onda de spin ocorra quando os magnons tentam se difundir em uma rede de spin, que não suporta sua polarização.

Por exemplo, quando magnons circulares destros excitados na região de spin-up são injetados na região de spin-down, a regra de seleção resultaria em baixa transmissão de magnon pela interface. Este fenômeno denominado efeito de bloqueio do magnon, o que mostra que a polarização da onda de spin desempenha um papel importante na transmissão do magnon.

Além disso, eles estudaram teoricamente o comportamento de espalhamento de ondas de spin na interface de uma heterojunção antiferromagneticamente acoplada. É mostrado que as ondas de spin que passam pela interface são ondas evanescentes e as ondas incidentes são todas refletidas de volta, demonstrando um efeito de bloqueio de magnon dependente de magnetização nesta estrutura.

O resultado indica que com o aumento da frequência da onda de spin, o comprimento de decaimento diminui e a onda evanescente está mais concentrada na interface, mostrando um efeito de pele magnônico que é semelhante ao efeito de pele das ondas eletromagnéticas.

Além disso, um deslocamento Goos-Hänchen magnônico positivo das ondas refletidas também foi previsto. Pode ser entendido por uma mudança de interface de reflexão eficaz induzida pelo comprimento de decaimento diferente de zero das ondas evanescentes.

Resumindo, os resultados mostram que a manipulação eficiente de magnons coerentes / incoerentes por junções de magnons deriva da quiralidade inerente dos magnons em materiais magnéticos. Essas descobertas confirmam a base física dos dispositivos magnon para manipular com eficiência o transporte do magnon, e fornece uma nova direção de desenvolvimento e rota técnica para o desenvolvimento de armazenamento do tipo magnon puro e dispositivos lógicos.

Esta pesquisa foi publicada em Phys. Rev. B .