Спиновые волны в ферримагнетиках ведут себя как бозонные полупроводники
Новое исследование, опубликованное в Journal of Physics D: Applied Physics, показывает, что спиновые волны (магноны) внутри ферримагнетиков — материалов, чьи магнитные моменты частично компенсируют друг друга, — ведут себя аналогично электронам и дыркам в полупроводниках. Автор работы Адам Б. Кахая предлагает рассматривать ферримагнетики как «бозонные полупроводники».
Ключевое открытие касается спинового эффекта Зеебека — аналога термоэлектрического эффекта для спинового тока. В полупроводниках знак константы Зеебека зависит от того, доминируют ли электроны или дырки. Аналогично, в ферримагнетиках правые и левые магноны вносят вклад в спиновый ток с противоположными знаками.
Новый взгляд на компенсацию
Температура компенсации — точка, в которой спиновый ток исчезает, — ранее объяснялась простым пересечением мод магнонов. Новое исследование предлагает иную трактовку: компенсация возникает из-за точного баланса вкладов правых и левых магнонов, которые действуют как аналоги электронов и дырок.
Роль температуры
Температура определяет, какие магноны доминируют. При высоких температурах основной вклад вносят правые магноны. При охлаждении их вклад подавляется, и левые магноны становятся основными носителями. Спиновый ток исчезает при температуре, где их вклады компенсируют друг друга.
Согласование с экспериментом
Модель хорошо согласуется с экспериментальными данными для граната железа и гадолиния, где наблюдается два порога компенсации: один около 250 К (компенсация намагниченности) и второй при 70–80 К (исчезновение спинового тока). Это подтверждает, что компенсация вызвана конкуренцией магнонов, а не пересечением мод.
Этот новый подход может стать основой для разработки устройств спинтроники, преобразующих тепло в спиновые сигналы для энергоэффективных вычислений и сенсоров.
Больше информации: Adam B Cahaya, Spin current compensation from competing magnon modes in ferrimagnets, Journal of Physics D: Applied Physics (2025). DOI: 10.1088/1361-6463/adfaa0
0 комментариев