DMI允许杂化钙钛矿中的磁-磁耦合
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一个国际研究小组利用Dzyaloshinskii-Moriya-Interaction (DMI)在有机杂化钙钛矿材料中创造了混合磁子态。由此产生的材料具有处理和存储量子计算信息的潜力。这项工作还扩大了可用于创建混合磁振子系统的潜在材料的数量。
在磁性材料中，被称为磁子的准粒子引导材料内的电子自旋。有两种类型的磁振子-光学和声学-指的是它们自旋的方向。
北卡罗莱纳州立大学有机与碳电子实验室(ORaCEL)成员、物理学副教授孙大理(Dali Sun)说:“光学和声磁子都在反铁磁体中传播自旋波。”“但为了使用自旋波来处理量子信息，你需要一个混合自旋波状态。”
“通常情况下，由于两种磁振子模式的对称性不同，它们不能产生混合自旋态，”Sun说。“但通过利用DMI，我们发现了一种具有混合磁子态的混合钙钛矿。”孙也是该研究的通讯作者。
研究人员通过向材料中添加有机阳离子来实现这一点，这种阳离子产生了一种称为DMI的特殊相互作用。简而言之，DMI打破了材料的对称性，允许自旋混合。
该团队利用了一种铜基磁性杂化有机-无机钙钛矿，它具有独特的八面体结构。这些八面体可以以不同的方式倾斜和变形。向材料中添加有机阳离子会打破这种对称性，在材料内部形成角度，使不同的磁振子模式发生耦合，自旋混合。
“除了量子影响之外，这是我们第一次在有机-无机混合钙钛矿中观察到对称性破坏，”北卡罗来纳州立大学研究生研究助理和该研究的第一作者安德鲁·科姆斯多克说。
“我们发现DMI允许铜基杂化钙钛矿材料中的磁子耦合，具有正确的对称性要求，”科姆斯多克说。“添加不同的阳离子会产生不同的效果。这项工作确实为从许多不同的材料中创造磁子耦合开辟了途径，研究这种材料的动态效应也可以教给我们新的物理学。”
这项研究发表在自然通讯主要由美国能源部混合有机无机半导体能源中心(choice)支持。麻省理工学院的周仲涛(Chung-Tao Chou)是这项工作的共同第一作者。麻省理工学院的刘路桥和国家可再生能源实验室的马修·比尔德和陆海鹏是这项研究的共同通讯作者。
皮克-
编辑须知:摘要如下。
”杂化钙钛矿反铁磁体中的杂化磁学”
DOI:10.1038 / s41467 - 023 - 37505 - w
作者: Andrew Comstock, Tonghui Wang, Aram Amassian, Sun Dali，北卡罗莱纳州立大学;周忠涛，刘路桥，麻省理工学院;香港科技大学王志宇;宋如意，杜克大学;约瑟夫
韦恩州立大学Sklenar教授;张伟，北卡罗来纳大学教堂山分校;陆海鹏，马修·比尔德，国家可再生能源实验室
发表: 2023年4月1日自然通讯
文摘:
混合玻子系统因其丰富的量子工程功能而成为相干信息处理的新领域。一个典型的例子是反铁磁体中的混合磁振子，它具有易平面各向异性，类似于量子力学混合的两能级自旋系统，通过声磁振子和光学磁振子的耦合。通常，这些正交模之间的耦合是禁止的，因为它们的宇称是相反的。在这里，我们表明dzyaloshinskii - moriya相互作用(DMI)，一种发生在低对称性磁性系统中的手性反对称相互作用，可以解除这一限制。我们报道了具有层间DMI的层状杂化钙钛矿反铁磁体可以产生强的本禀磁振子耦合强度，最高可达0.24 GHz，这是声光模式耗散率的4倍。我们的工作表明，这些混合反铁磁体中的DMI有望通过在高度可调、可溶液处理的分层磁平台中利用对称性破缺来利用磁-磁子耦合。
