磁性薄膜中磁子-磁子及磁子-自旋结构强耦合机制的研究
批准号:
12074189
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
马付胜
依托单位:
学科分类:
凝聚态物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
马付胜
中文摘要
腔自旋电子学是一门新兴的交叉学科,研究谐振腔中的光子、固态材料中的自旋元激发(如磁子,自旋结构),以及两者之间的强耦合作用。自旋元激发与腔光子之间的强耦合,可以将量子信息和量子光学的发展与自旋电子学紧密连接起来。目前,磁子-光子之间的强耦合已经被理论和实验验证,自旋结构-光子之间的强耦合也有尝试性的理论研究。我们不禁要问自旋元激发之间是否也能发生强耦合,例如:磁子-磁子强耦合,磁子-自旋结构强耦合。但是,目前对于磁子-磁子、磁子-自旋结构强耦合的研究还非常少,尤其是磁子-自旋结构强耦合的研究还没有报道。在该申请项目中,我们将主要研究磁子-磁子强耦合、磁子-自旋结构强耦合的现象。项目研究内容包括三个方面:(1)单层薄膜磁性纳米结构中的膜内磁子-磁子强耦合现象研究;(2)人工合成反铁磁多层膜中的膜间磁子-磁子强耦合现象研究;(3)单层、多层薄膜磁性纳米结构中磁子-自旋结构强耦合现象研究。
英文摘要
Cavity spintronics is an emerging field of studying the interaction between the photon confined in microwave cavity and the spin collective excitations in solid materials. The strong coupling between photon and spin excitations serves as a bridge between spintronics and the development of quantum information,quantum computing and quantum optics. The magnon-photon strong coupling has been demonstrated theoretically and experimentally, while the spin texture-photon strong coupling has been tentatively studied on theory only. An open question is whether these magnetic excitations can strongly couple themselves without the necessary of involving non-magnetic matter excitations. However, the strong coupling between magnons and spin textures has been rarely studied. In this project, we will focus on the interactions between magnons and spin textures in the strong coupling regime. The following three tasks will be carried out: (1) intralayer magnon-magnon strong coupling in magnetic nanostructures; (2) interlayer magnon-magnon strong coupling in synthetic antiferromagnetic multilayers of both in-plane and out-of-plane magnetic anisotropy; (3) strong mangon-spin textures coupling in nanostructured magnetic single- and multi-layers.
光与物质强耦合现象在量子信息技术方面已经展现出了巨大的潜力。随着混合量子系统发展的需要,强耦合现象的研究称为凝聚态物理领域的研究热点。自旋与物质的强耦合研究在CMOS集成化和低能耗方面表现出很强的优越性。在项目执行期间,我们在不同材料体系中围绕磁振子-磁振子、磁振子-自旋结构强耦合开展了一系列的相关研究,主要的研究结果简要总结如下:(1)在双铁磁层合成反铁磁结构中,我们研究了通过改变外磁场方向和磁各向异性实现空间对称性破缺的方法,并分别从实验测试、理论分析、微磁模拟上了系统研究了三种自旋组态下的磁振子-磁振子耦合现象,实现了不同耦合强度范畴的调控,即强耦合、超强耦合、深强耦合;(2)在多铁磁层合成反铁磁结构中,我们研究了磁振子-磁振子强耦合对铁磁层层数的依赖性,发现偶数层结构中单个声学(或光学)模式的自杂化可以导致单一模式耦合,奇数层结构中声学和光学模式分支间会产生一个随层数增加而减小的全局间隙;(3)在合成反铁磁结构中,我们引入Floquet engineering的方法实现了Floquet边带模式之间的选择性磁振子-磁振子耦合,只有当Floquet边带的阶数之差为奇数时,边带之间才可以发生耦合,此外还发现了一种杂化磁振子模式之间的二次劈裂型的Floquet耦合;(4)在Py/YIG双层异质结结构中,我们发现了Py膜中的铁磁共振模式与YIG膜厚度方向的垂直驻自旋波模式之间的耦合、杂化、磁致透明现象;(5)在CoZr条纹畴薄膜中,我们研究了不同手性磁涡旋对自旋组态下的磁振子杂化现象,发现磁振子模式的杂化来源于呼吸模式和集体模式的耦合;(6)在斯格明子晶体中,我们研究了传播磁振子模式和斯格明子本征振动模式之间的强耦合,在能带结构中不仅发现了拉比劈裂型的带隙,而且还发现了极化激元(Polariton)型的带隙, 还发现要实现传播磁子与斯格明子之间的耦合,斯格明子模式需同时满足两个条件:量子数要大于1 以便形成角向驻波;手性要与磁子相反以满足相位耦合。以上研究结果可以促进腔自旋电子学、量子自旋电子学、混合量子系统等领域的发展,同时也为我们开展基于模式耦合机制的非线性磁化动力学研究打下了坚实的基础。
可快速更换模芯的MGP塑封模具的研发
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:马付胜
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依托单位:
磁性薄膜中磁子-磁子及磁子-自旋结构强耦合机制的研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:62万元
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批准年份:2020
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负责人:马付胜
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依托单位:
自旋波在磁性薄膜拓扑自旋态下的传播与调控研究
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批准号:11704191
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2017
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负责人:马付胜
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依托单位:
国内基金
海外基金