磁性绝缘体中自旋塞贝克效应研究

Abstract:

磁弹耦合是磁性材料的重要性能之一，可用于超声换能器，研发高性能声呐等。磁性绝缘体中的磁弹耦合效应涉及固体物理中两种重要的元激发——声子与磁振子。另一方面，磁性绝缘体中自旋流通过自旋波（磁振子）的方式进行传播。石榴石型亚铁磁绝缘体，具有自旋扩散长度长、磁弹耦合强的特点，是研究磁振子与声子相互作用的理想体系。最近，T. Kikkawa等人在钇铁石榴石 (YIG)中通过自旋塞贝克效应观察到自旋波（磁振子）与晶格弹性波（声子）之间的共振耦合[1]。

本工作选取ReIG (Re=Y,Tb,Dy)外延薄膜体系，通过自旋塞贝克效应，研究了磁振子声子耦合形成的准粒子——磁振子极化子，获取了自旋塞贝克系数受磁振子极化子的影响机制，得到了随温度变化的依赖关系[2,3]。进一步实验发现，当磁振子极化子产生时，对应的自旋塞贝克系数随温度升高呈现由谷到峰的变化。理论研究指出，自旋塞贝克系数的变化来源于高温时磁振子散射中四磁振子的贡献，导致磁振子总散射率超过声子的总散射率，从而改变了自旋塞贝克系数的峰型。上述工作揭示了当磁振子与声子耦合产生磁振子极化子时，磁振子与声子之间散射的作用机制，为提高自旋塞贝克系数提供了新思路，将有助于高效磁弹耦合和自旋热电材料的设计和制备。

[1] Kikkawa, T.; Shen K.; Flebus B.; et al. Phys. Rev. Lett. 2016, 117: 207203.

[2] Man H.; Shi Z.; Xu G.; et al. Phys. Rev. B 2017, 96: 100406.

[3] Shi. Z.; Xi Q.; Li J.; et al. Phys. Rev. Lett. 2021, 127: 277203

Bio:

时钟，男，现同济大学物理科学与工程学院教授。复旦大学本科、博士，美国加州大学河滨分校访问学者。目前主要研究兴趣为自旋热电子学、自旋电子输运过程及磁性材料相关的基础与应用研究。