磁性双伞结构 TbIG 薄膜中磁振子极化子诱导的巨大自旋塞贝克效应

演讲者:   时钟，同济大学

时间:      2024年12月27日，上午9:30

邀请人:   祝智峰

地点:      信息学院 1C-201

摘要:

最近的研究工作揭示了非共线磁性材料中有趣的物理性质，例如未补偿磁矩和磁性拓扑亚晶格结构。这类材料的磁振子与声子耦合不但包含深刻物理内涵而且有很强的应用前景。尽管如此，对非共线磁体中磁振子和声子耦合的深入研究仍然有限。自旋塞贝克效应（Spin Seebeck Effect, SSE）本质上可以反映磁振子和声子两种元激发之间相互作用，揭示二者之间错综复杂的物理机制，已被作为研究非共线磁性材料中磁亚晶格结构及磁振子激发的有力手段。

铽铁石榴石(Tb3Fe5O12, TbIG)作为一种比较特殊的稀土石榴石，其Tb亚晶格的磁矩会随着温度的降低从共线排列逐渐转变为非共线的锥形排列。在低温下，Tb和Fe亚晶格的磁矩形成双伞结构，为磁振子研究提供了理想的实验平台。本研究制备了TbIG/Pt异质结构，探索了非共线磁结构对SSE的调制作用。实验结果表明，当沿TbIG [100]方向逐渐增大磁场时，双伞态磁结构在低场下得以维持，SSE呈现低电压状态；随着磁场增大，SSE发生变号且信号显著增强，并在一个临界场突然翻转，揭示双伞磁结构存在突变。临界场附近的SSE系数相对于低场的值可增强40倍以上，远超之前在类似磁性材料体系中报道的SSE数值。

理论建模揭示了双伞磁结构随磁场变化的演化过程，再现了SSE的变号行为；磁振子色散曲线在临界场附近对磁场变化非常敏感，导致不同手性磁振子对SSE的相对贡献受到强烈改变并导致SSE变号。同时，临界场附近的磁振子和声子色散曲线近乎平行，诱导了很强的磁振子-声子杂化，造成SSE电压大幅增强。

本研究展示了一种利用非共线磁性结构的演变进行SSE放大的通用方法，为开发更高效的自旋热电器件提供了新的思路。理解非共线磁结构的演化不仅有助于推进自旋热电子学发展，而且有望推动自旋相关输运技术的创新研究。

报告人简介:

时钟目前为同济大学物理科学与工程学院教授。2010年加入同济大学工作，2016 至 2017 年，赴美国加州大学河滨分校担任访问学者。近五年来，时钟教授结合自身研究基础和优势，聚焦于自旋卡诺电子学的国际前沿领域，展开深入研究，并取得了一系列创新性成果。近五年在Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. Appl.、Adv. Sci.、Phys. Rev. B 等发表一作/通讯论文10 篇。累计发表 SCI 论文 76 篇，主持国家基金委面上项目 3 项。