[論文レビュー] Antiferromagnetic opto-spintronics: Part of a collection of reviews on antiferromagnetic spintronics

Petr Němec, M. Fiebig+2 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2017

Multiferroics and related materials参考文献 119被引用数 156

ひとこと要約

本論文は電磁放射が反強磁性体のスピン配列を探査・操作する方法を概説し、スピンポッピング、テラヘルツスピンダイナミクス、マルチフェロイック秩序パラメータ反転といった今後のトピックを強調する。

ABSTRACT

Control and detection of spin order in ferromagnets is the main principle allowing storing and reading of magnetic information in nowadays technology. The large class of antiferromagnets, on the other hand, is less utilized, despite its very appealing features for spintronics applications. For instance, the absence of net magnetization and stray fields eliminates crosstalk between neighbouring devices and the absence of a primary macroscopic magnetization makes spin manipulation in antiferromagnets inherently faster than in ferromagnets. However, control of spins in antiferromagnets requires exceedingly high magnetic fields, and antiferromagnetic order cannot be detected with conventional magnetometry. Here we provide an overview and illustrative examples of how electromagnetic radiation can be used for probing and modification of the magnetic order in antiferromagnets. Spin pumping from antiferromagnets, propagation of terahertz spin excitations, and tracing the reversal of the antiferromagnetic and ferroelectric order parameter in multiferroics are anticipated to be among the main topics defining the future of this field.

研究の動機と目的

• 反強磁性体をスピントロニクス応用に適する利点を動機づける。例えば総磁化がないこととクロストークの低減。
• 電磁放射を用いて反強磁性秩序を探査・修正できることを示す。
• 反強磁性オプトスピントロニクスの未来を形作る主要な現象と実験アプローチを強調する。
• 関連材料におけるスピンダイナミクスと結合した ferroic秩序の例を示す。

提案手法

• 光学および THz 放射が反強磁性秩序と相互作用する概念と機構について論じる。
• 光学的に誘発されたスピンダイナミクスの例示的な事例と実験観察を提示する。
• 反強磁性秩序パラメータを探索する潜在的な実験的道筋と測定技術を概説する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電磁放射が反強磁性スピン秩序を制御するメカニズムは何か。
• RQ2 光学および THz 技術は反強磁性ダイナミクスと秩序パラメータをどのように検出・特徴づけられるか。
• RQ3 スピンポンピングとテラヘルツスピン励起は反強磁性スピントロニクスにおいてどのような役割を果たすか。
• RQ4 マルチフェロイック結合は反強磁性および強誘電秩序パラメータの反転を追跡するのにどう役立つか？

主な発見

• Electromagnetic radiation offers pathways to probe and modify antiferromagnetic order without relying on large magnetic fields.
• Terahertz spin excitations and spin pumping are identified as central topics for future antiferromagnetic spintronics.
• Tracing reversals of coupled antiferromagnetic and ferroelectric order parameters in multiferroics is highlighted as a key research area.