自旋电子学研究的恒久目的是开发基于自旋的、低耗散的盘算手艺装备。。新兴的反铁磁磁振子领域旨在追求使用绝缘反铁磁体通过磁振子传输角动量举行信息处置惩罚。。反铁磁性有序质料具有零净磁矩的特点，， ，，是应用于自旋电子学器件的理想质料。。然而，， ，，此前反铁磁体中自旋输运征象的直接视察只限于几个纳米的规模，， ，，严重制约了相关质料的生长。。2018年，， ，，德国美因茨大学的研究职员在反铁磁绝缘体赤铁矿（α-Fe2O3）单晶中使用外磁场调理反铁磁共振频率，， ，，控制通过赤铁矿-铂界面的自旋流流动，， ，，从而研究了反铁磁绝缘体中自旋输运的机制及其长程自旋输运（Long-range spin transport）征象。。只管在α-Fe2O3中已经显示出长程的磁振子传输，， ，，但在任何其他易轴或易面各向异性的反铁磁体中，， ，，还没有显示出凌驾几纳米衰减长度的磁振子传输。。
近期，， ，，8188cc威尼斯曹世勋教授团队与德国美因茨大学、德国美因茨卓越质料科学研究生院、法国巴黎萨克雷大学、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家强磁场实验室、挪威科技大学量子自旋电子学中心等物理学和质料学家组成的国际研究团队，， ，，在倾角反铁磁正铁氧体YFeO3单晶中使用自旋霍尔效应展示了长程自旋输运行为。。研究职员将电流通过YFeO3单晶上的铂丝，， ，，引发自旋霍尔效应爆发横向自旋流（spin current），， ，，驱动自旋在YFeO3-铂界面累积，， ，，这一累积历程能够进一步爆发带有净角动量的自旋流。。自旋流及其自旋电压最终配合组成了非局域电压（non-local voltage），， ，，可通过逆自旋霍尔效应举行检测。；； ； ；；；谝陨霞苹，， ，，研究职员通过实验丈量和盘算发明超低阻尼稀土正铁氧体YFeO3中传输自旋信息的距离可抵达数百纳米。。2022年10月17日，， ，，相关研究效果以Anisotropic long-range spin transport in canted antiferromagnetic orthoferrite YFeO3” 为题在线揭晓在《Nature Communications》上。。
该论文事情围绕8188cc威尼斯团队的高质量稀土铁氧化物YFeO3单晶样品睁开，， ，，曹世勋教授为配合通讯作者，， ，，2020级博士研究生马小璇，， ，，2019级硕士研究生陈海洋为配合相助者，， ，，8188cc威尼斯物理系、质料基因组工程研究院和8188cc威尼斯量子与分子结构国际中心为配合通讯单位。。8188cc威尼斯团队举行了高质量YFeO3单晶样品的制备和准确定向切割，， ，，并提供高质量YFeO3单晶样品用于非局域输运丈量剖析以及磁性丈量，， ，，作为该项国际相助研究课题的焦点质料，， ，，其晶体结构如图1（a）所示。。
图1. 晶体结构、磁共振及器件。。(a) YFeO3[010]的晶体结构。。(b) 在两种差别的温度下，， ，，共振频率作为沿a轴（空心符号）和c轴（实心符号）磁场的函数，， ，，蓝色为20 K，， ，，红色为150 K。。(c) 在20 K和150 K时，， ，，磁场沿c轴线宽与频率的函数关系。。(d) 典范器件的扫描电镜图像，， ，，其中电流沿着中心导线驱动，， ，，并在其左右的两根导线中丈量非局域电压。。
图2. 200 K温度下YFeO3中的自旋输运。。(a) 当磁场沿着单晶易轴（a轴）与铂丝偏向平行时，， ，，非局域电阻与磁场强度的关系。。(b) 当磁场沿着单晶易轴（a轴）与铂丝偏向笔直时，， ，，非局域电阻与磁场强度的关系。。
图3. 200 K时自旋输运信号的距离依赖性。。
研究发明，， ，，平行易轴与笔直于易轴的自旋输运信号响应批注可以通过施加磁场调解奈尔矢量的偏向来寻找非局域电阻的最大值，， ，，自旋信息的输运仅由奈尔矢量介导（图2）。。YFeO3中磁振子衰变长度的丈量证实了在超低阻尼正铁氧体YFeO3中数百纳米的磁振子传输，， ，，其传输机制是由Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和外加磁场配合促成的。。磁振子衰减长度凌驾数百纳米，， ，，与共振丈量相一致。。经由详细理论剖析，， ，，确定磁振子群速率的各向异性是视察到各向异性磁振子衰减长度（λ）的主要机制（图3）。。在YFeO3中发明的这种奇异的传输模式为一大类与手艺相关的质料，， ，，好比倾角反铁磁正铁氧体，， ，，提供了长程自旋传输的可能。。别的，， ，，通过长程非局域输运丈量和反铁磁共振丈量所视察到的输运模式突出了低阻尼反铁磁绝缘体在集成到下一代磁电子和自旋电子器件中的应用潜力，， ，，是朝着建设反铁磁绝缘体中长程自旋输运通用模子最终目的迈出的主要一步。。
此次在Nature Communications上揭晓相助研究效果，， ，，是8188cc威尼斯曹世勋教授团队继2018年在Science上揭晓论文“Observation of Dicke cooperativity in magnetic interactions”、2021年5月、2022年1月相继在《Nature Communications》上揭晓两篇高质量论文“Ultrastrong magnon–magnon coupling dominated by antiresonant interactions”与“Emerging spin–phonon coupling through cross-talk of two magnetic sublattices” 之后再次登上国际著名期刊。。
该事情获得上海市科学手艺委员会“科技立异行动妄想”项目（No.21JC1402600）和国家自然科学基金面上项目（No. 1207424）的支持。。
相关论文链接：
2022年10月，， ，，Nature Communications, 13, 6140 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33520-5
2022年01月，， ，，Nature Communications, 13, 443 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27267-8
2021年05月，， ，，Nature Communications, 12, 3115 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23159-z
2018年08月，， ，，Science 361 (6404), 794-797. http://science.sciencemag.org/content/361/6404/794
