2022年5月2日,物理评论B(PHYSICAL REVIEW B)以Letter形式在线发表了于涛教授“量子磁性与自旋物理”课题组题为“Giant microwave sensitivity of a magnetic array by long-range chiral interaction driven skin effect”的研究论文。华中科技大学为论文第一单位。于涛教授为文章的第一和通讯作者,课题组访问博士后曾波文为论文第二作者。
手性相互作用是指存在于左右对象之间非对称的耦合[nature(London) 541,4739(2017)]。它在拓扑磁序中十分常见。在具有短程手性相互作用的一维系统,非厄米趋肤效应已经被观测到[Appl.Phys.Lett.100,182404(2012)]。其特征是会有宏观数目的本征态在系统的一边堆积。该效应具有广泛的应用前景,如实现“光漏斗”[science368,311(2020)]。近来,纳米线中的基泰尔磁子与磁性衬底行波之间的手性相互作用也已经得到实验的证实。纳米线中的基泰尔磁子倾向于与在一个方向上传播的行波耦合。当两根纳米线的阻尼不大时,行波可以在这两根纳米线之间产生长程的手性相互作用。前期研究已知由行波作为媒介诱导的无限长程手性相互作用会促进能量的积累,但却不表现出非厄米趋肤效应。那么,当一维系统具有有限长程手性相互作用时是否也能实现非厄米趋肤效应就成为亟待解决的问题。
在这项工作中,我们构建了一个一维纳米线阵列置于磁性薄膜衬底上方(如Fig.1)。纳米线与衬底之间通过偶极作用相互耦合。我们发现波动所导致的干涉不利于能量的积累。于是,我们通过调节行波的阻尼来抑制此干涉。我们发现在该系统中,当衬底中的自旋波的阻尼相当强时,纳米线中的所有波模式都局域于一边,此时系统表现出了非厄米趋肤效应。而当无手性或阻尼趋于零时,非厄米趋肤效应消失(如Fig.2)。我们认为这是由于只有当手性和衬底自旋波的阻尼同时具备时,本征频率才存在非平庸的绕组。该效应意味着在一边的纳米线中我们给定微小(~μT) 的微波激发,会导致在另一边产生相当大振幅的自旋波。这对于实现精确的、非局域的、非互易的微波探测具有重要意义。
Fig.1. 一维纳米阵列置于薄性磁膜衬底上方。
Fig.2. 在不同情况下的归一化本征模式。当有手性和自旋波的阻尼相当强时,所有波模式都局域于一边(如(a),(b))。当无手性或阻尼很弱时,非厄米趋肤效应消失。