近日，物理评论B在线刊发了于涛教授“量子磁性与自旋物理”课题组题为“Spin Quenching and Transport by Hidden Dzyaloshinskii-Moriya Interactions”的研究论文。课题组叶茜茵为论文的第一作者，于涛教授为论文的通讯作者，华中科技大学为论文的第一单位。东南大学林维维教授和瑞典AlbaNova大学博士后崔琪睿博士对本工作做出了重要贡献。
磁子学是自旋电子学的一个重要分支，其中自旋波量子（磁振子或磁子）取代电子作为信息的载体。相比于铁磁体，反铁磁的优势主要表现在几个方面：首先，反铁磁的共振频率通过子晶格的交换耦合而增强，通常达到了太赫兹的范围[如Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018)]; 另外，反铁磁还具有对杂散场的免疫力和抗干扰能力[如Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018)]，以及超快的响应时间[如Nat. Phys. 14, 229 (2018)]。这些正是超快、纳米级磁振子逻辑电路所需要的，因此反铁磁被视为未来信息传输最快，耗散最小的平台之一。目前的研究通常采用绝缘反铁磁体，通过磁振子的自旋角动量来传递信息，其中磁振子可以通过奈尔矢量（n）和净磁矩（m）的激发被驱动和传输。深入探索磁振子自旋流的产生和非相干的磁振子自旋转移机制，一直是反铁磁自旋电子学发展的主要驱动力。
在这项工作中，我们受到倾斜易轴反铁磁中反常输运实验的启发[Nat. Commun. 13, 6140 (2022)]。这个实验的主要结果是：零磁场下磁振子传输信号为零，而当沿着奈尔矢量施加磁场时，传输信号重新出现。实验反映了不同于共线易轴反铁磁和易面反铁磁的磁振子传输机制。为了从理论上探索它，我们计算了倾斜易轴反铁磁的模型。我们发现局域（隐藏）Dzyaloshinskii-Moriya相互作用是导致磁矩倾斜的内在机制。这种相互作用经常出现在具有空间反演对称的晶体中，它使得共线反铁磁磁振子的两个手性圆偏振模式以成键态和反键态的形式混合，形成了线偏振的声学模式和光学模式，导致磁振子自旋的消失，如图1所示。而沿着奈尔矢量方向施加磁场，可以打破磁振子两个圆偏振模式的简并，使得混合后的模式是椭圆偏振的，因此磁振子的自旋会重新出现。另外，我们意外发现，虽然零磁场下磁振子自旋淬灭了，但在能量简并处，由于对称性保护，模式没有被混合，磁振子自旋得以保留。我们称这种磁振子自旋为“节点”自旋和“角”自旋。我们利用赫尔曼-费曼定理和对称性分析论证了这一奇异自旋的存在。
Fig.1:零磁场下倾斜反铁磁光学模式[(a)]和声学模式[(b)]磁振子自旋在布里渊区的分布。图(c)和(d), 沿着奈尔矢量施加磁场时磁振子自旋在布里渊区的分布。
更进一步，我们通过考虑施加热梯度进一步计算了倾斜反铁磁的磁振子的自旋热导率，如图2所示。显然零磁场下自旋热导率为零，自旋传输是禁止的，但当沿着奈尔矢量施加磁场，由于磁振子自旋重新出现，因此允许自旋传输。这与实验结果非常符合。
Fig.2:施加沿奈尔矢量方向磁场时磁振子纵向自旋热导率。(a)图为自旋热导率磁场依赖。(b)图为自旋热导率温度依赖。