DMI允许混合钙钛矿中的磁振子-磁振子耦合
立即发布
一个国际研究小组利用dzyaloshinskii - moriya相互作用(DMI)在有机杂化钙钛矿材料中创造了混合磁振子态。由此产生的材料具有处理和存储量子计算信息的潜力。这项工作还扩大了可用于创建混合磁系统的潜在材料的数量。
在磁性材料中，被称为磁振子的准粒子引导电子在材料中自旋。有两种类型的磁振子——光学磁振子和声学磁振子——它们指的是它们自旋的方向。
“光学和声学磁振子都在反铁磁体中传播自旋波，”北卡罗莱纳州立大学有机与碳电子实验室(ORaCEL)的物理学副教授、成员孙达利说。“但是为了使用自旋波来处理量子信息，你需要一个混合的自旋波状态。”
“通常情况下，两个磁振子模式不能产生混合自旋状态，因为它们的对称性不同，”孙说。“但通过利用DMI，我们发现了一种具有混合磁振子态的混合钙钛矿。”孙也是该研究的通讯作者。
研究人员通过向材料中添加有机阳离子来实现这一目标，从而产生了一种称为DMI的特殊相互作用。简而言之，DMI破坏了材料的对称性，允许自旋混合。
该团队利用了一种铜基磁性有机-无机杂化钙钛矿，它具有独特的八面体结构。这些八面体可以以不同的方式倾斜和变形。在材料中加入有机阳离子打破了这种对称性，在材料内部产生了不同的角度，使得不同的磁振子模式可以耦合，自旋可以混合。
“除了量子意义之外，这是我们第一次观察到有机-无机钙钛矿混合中的对称性破坏，”北卡罗来纳州立大学研究生研究助理、该研究的第一作者安德鲁·科姆斯托克说。
“我们发现DMI允许磁振子耦合在铜基杂化钙钛矿材料中具有正确的对称性要求，”Comstock说。“添加不同的阳离子会产生不同的效果。这项工作确实开辟了从许多不同材料中产生磁振子耦合的方法，研究这种材料的动态效应也可以教会我们新的物理学。”
该作品出现在自然通讯该项目主要由美国能源部混合有机无机半导体能源中心(choice)提供支持。麻省理工学院的周忠涛是这项研究的第一作者之一。麻省理工学院的刘路桥、国家可再生能源实验室的马修·比尔德和陆海鹏是这项研究的共同通讯作者。
皮克-
给编辑的说明摘要如下。
”杂化钙钛矿反铁磁体中的杂化磁学”
DOI:10.1038 / s41467 - 023 - 37505 - w
作者: Andrew Comstock，王同辉，Aram Amassian, Dali Sun，北卡罗莱纳州立大学;周忠涛，刘路桥，麻省理工学院;香港科技大学王志宇;杜克大学宋如意;约瑟夫
韦恩州立大学Sklenar;北卡罗来纳大学教堂山分校张伟;陆海鹏，马修·比尔德，国家可再生能源实验室
发表2023年4月1日自然通讯
文摘:
混合磁子系统以其丰富的量子工程功能成为相干信息处理的新领域。一个典型的例子是具有易平面各向异性的反铁磁体中的混合磁振学，它类似于通过声学和光学磁振子耦合的量子力学混合双能级自旋系统。通常，由于它们的宇称相反，这些正交模之间的耦合是被禁止的。在这里我们证明dzyaloshinskii - moriya相互作用(DMI)，一个发生在低对称性磁系统中的手性反对称相互作用，可以解除这一限制。我们报道了层间具有DMI的层状杂化钙钛矿反铁磁体可以产生高达0.24 GHz的强磁振子耦合强度，这是声/光模式耗散率的四倍。我们的工作表明，这些混合反铁磁体中的DMI有望通过在高度可调谐的、可解决的分层磁性平台中利用对称破缺来利用磁振子-磁振子耦合。
