Магнитные свойства гибридного перовскитного антиферромагнетика.
a. Схематическое изображение акустической и оптической мод в двухподрешеточном легкоплоскостном антиферромагнетике, защищенных от взаимодействия четностью.
b Эскиз изначально низкой симметрии структуры Cu-EA из-за октаэдрического наклона и спинового упорядочения слоистого антиферромагнетика и его подрешеточной структуры.
c. Магнитные свойства Cu-EA при T = 2,5 K. Петли M(H) получены вдоль всех трех главных осей монокристалла вплоть до области насыщения. На верхней вставке показан спин-флоп переход в слабом поле при |H ext |=30mT. M против T включен в нижнюю вставку, чтобы показать начало магнитного упорядочения при температуре перехода, T ~ 10 K.
Предоставлено: Nature Communications.(2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37505-w

В магнитных материалах квазичастицы, называемые магнонами, направляют спин электрона внутри материала. Есть два типа магнонов — оптические и акустические — которые относятся к направлению их вращения.

«Как оптические, так и акустические магноны распространяют спиновые волны в антиферромагнетиках», — говорит Дали Сан, доцент физики и член лаборатории органической и углеродной электроники (ORaCEL) в Университете штата Северная Каролина. «Но чтобы использовать спиновые волны для обработки квантовой информации, вам нужно смешанное состояние спиновых волн».

«Обычно две магнонные моды не могут генерировать смешанное спиновое состояние из-за их разной симметрии», — говорит Сан. «Но, используя DMI, мы обнаружили гибридный перовскит со смешанным магнонным состоянием». Сан также является автором-корреспондентом исследования.

Исследователи добились этого, добавив в материал органический катион, который создал особое взаимодействие, называемое DMI. Короче говоря, DMI нарушает симметрию материала, позволяя спинам смешиваться.

Команда использовала магнитный гибридный органо-неорганический перовскит на основе меди, который имеет уникальную октаэдрическую структуру. Эти октаэдры могут наклоняться и деформироваться по-разному. Добавление органического катиона к материалу нарушает симметрию, создавая углы внутри материала, которые позволяют соединяться различным модам магнонов и смешивать спины.

«Помимо квантовых последствий, это первый раз, когда мы наблюдаем нарушение симметрии в гибридном органическом и неорганическом перовските», — говорит Эндрю Комсток, аспирант-исследователь штата Северная Каролина и первый автор исследования.

«Мы обнаружили, что DMI позволяет связывать магноны в гибридных перовскитных материалах на основе меди с правильными требованиями к симметрии», — говорит Комсток. «Добавление разных катионов создает разные эффекты. Эта работа действительно открывает способы создания магнонной связи из множества разных материалов, и изучение динамических эффектов этого материала также может научить нас новой физике».

Чунг-Тао Чоу из Массачусетского технологического института является соавтором работы. Луцяо Лю из Массачусетского технологического института, а также Мэтью Берд и Хайпэн Лу из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии являются соавторами исследования.