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Publication

Long-Distance Coherent Propagation of High-Velocity Antiferromagnetic Spin Waves

Jean-Philippe Ansermet, Haiming Yu, Jilei Chen, Yao Zhang, Song Liu, Rundong Yuan, Cheng Song
2023
Article
Résumé

We report on coherent propagation of antiferromagnetic (AFM) spin waves over a long distance (similar to 10 mu m) at room temperature in a canted AFM alpha-Fe2O3 owing to the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI). Unprecedented high group velocities (up to 22.5 km/s) are characterized by microwave transmission using all-electrical spin wave spectroscopy. We derive analytically AFM spin-wave dispersion in the presence of the DMI which accounts for our experimental results. The AFM spin waves excited by nanometric coplanar waveguides have large wave vectors in the exchange regime and follow a quasilinear dispersion relation. Fitting of experimental data with our theoretical model yields an AFM exchange stiffness length of 1.7 angstrom. Our results provide key insights on AFM spin dynamics and demonstrate high-speed functionality for AFM magnonics.

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Physique expérimentale
vignette|La physique expérimentale peut parfois recourir à des instruments de très grandes dimensions : ici, construction du détecteur CMS (Compact Muon Solenoid) du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, en 2003. Les techniciens présents en bas de l'image donnent une idée des dimensions réelles de cet ensemble (15 m de diamètre, 21 m de long, pour un poids de 14 000 tonnes) installé 100 mètres sous la surface du sol.
Onde de spin
In condensed matter physics, a spin wave is a propagating disturbance in the ordering of a magnetic material. These low-lying collective excitations occur in magnetic lattices with continuous symmetry. From the equivalent quasiparticle point of view, spin waves are known as magnons, which are bosonic modes of the spin lattice that correspond roughly to the phonon excitations of the nuclear lattice. As temperature is increased, the thermal excitation of spin waves reduces a ferromagnet's spontaneous magnetization.
Spin
Le 'spin' () est, en physique quantique, une des propriétés internes des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique. Comme d'autres observables quantiques, sa mesure donne des valeurs discrètes et est soumise au principe d'incertitude. C'est la seule observable quantique qui ne présente pas d'équivalent classique, contrairement, par exemple, à la position, l'impulsion ou l'énergie d'une particule. Il est toutefois souvent assimilé au moment cinétique (cf de cet article, ou Précession de Thomas).
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