物理学家实现可调谐的自旋波激发

来自MIPT和俄罗斯量子中心的物理学家，以及来自萨拉托夫州立大学和密歇根理工大学的同事一起，展示了通过短激光脉冲控制纳米结构铋铁石榴石薄膜中自旋波的新方法。该解决方案以Nano Letters的形式出现，具有在节能信息传输和基于自旋的量子计算中的应用潜力。

粒子的自旋是其固有的角动量，该角动量始终具有方向。在磁化材料中，自旋全部指向一个方向。这种磁阶的局部破坏伴随着自旋波的传播，自旋波的量子被称为磁振子。

与电流不同，自旋波传播不涉及物质转移。结果，使用磁振子而不是电子来传输信息导致的热损失要小得多。数据可以在自旋波的相位或幅度中进行编码，并可以通过波干扰或非线性效应进行处理。

基于磁振子的简单逻辑组件已经可以作为示例设备使用。但是，实施这项新技术的挑战之一是需要控制某些自旋波参数。在许多方面，光学激发磁振子比其他方式更方便，这是最近发表在《纳米快报》上的论文之一。

研究人员激发了纳米结构的铋铁石榴石中的自旋波。即使没有纳米图案，该材料也具有独特的光磁特性。它的特点是磁衰减低，即使在室温下，磁振子也可以传播很长的距离。它在近红外范围内也是高度光学透明的，并且具有很高的维尔德常数。

该研究中使用的薄膜具有精细的结构：光滑的下层，顶部形成一维光栅，周期为450纳米。这种几何形状能够激发具有非常特定的自旋分布的磁振子，这对于未改性的薄膜是不可能的。

激光泵浦脉冲通过局部破坏铋铁石榴石(BiIG)中的自旋顺序(如紫色箭头所示)来产生磁振子。然后使用探测脉冲来恢复有关激发的磁振子的信息。GGG表示g镓石榴石，可作为基质来源：Alexander Chernov等人/ Nano Letters

为了激发磁化旋进，该团队使用了线性偏振泵浦激光脉冲，其特性会影响自旋动力学和产生的自旋波的类型。重要的是，波激发是由光效应而不是热效应引起的。

研究人员依靠250飞秒的探测脉冲来跟踪样品的状态并提取自旋波特性。可以相对于泵浦脉冲以期望的延迟将探测脉冲定向到样品上的任何点。这将产生有关给定点的磁化动力学的信息，可以对其进行处理以确定自旋波的频谱频率，类型和其他参数。