反铁磁体由两个子晶格构成,其磁化方向相反,相互抵消。但如果其中一个子晶格打破空间反演对称性,那么同时翻转两个子晶格会产生具有不同输运性质的构型。这种差异使得利用反铁磁体存储和处理信息成为可能。如今,德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学的马丁·乔丹及其合作者发现,两种不同的磁化翻转机制在不同时间尺度上起作用 。他们的结果表明,先前研究可能错误识别了翻转机制。
研究人员通常试图通过施加自旋极化电流脉冲,使反铁磁体在不同状态间翻转。这些电流通过自旋 – 轨道转矩(SOT)现象,使子晶格磁化方向扭转成新构型。然而,最近发现,如果脉冲足够长,由电阻加热引起的机械应变,可使子晶格在有或无SOT的情况下,骤变成新构型。
乔丹及其合作者在反铁磁体Mn₂Au薄膜中研究了这些机制。这种材料对于此类研究有三重优势:它是导体,其锰子晶格打破空间反演对称性,且其金子晶格中的电子具有强自旋 – 轨道耦合,对SOT格外敏感。
该团队通过测量施加不同方向电流脉冲后的磁畴图案,区分了这两种翻转机制。SOT诱导的翻转对电流方向敏感,而加热诱导的翻转则不敏感。研究人员发现,2.5纳秒(ns)的脉冲产生SOT图案,而100 ns及更长的脉冲产生另一种热磁弹性图案。乔丹表示,先前实验都使用了超过1微秒的电流脉冲,所以可能都处于后一种情况。
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