[发明专利]一种产生涡旋自旋波的方法

说明书

本发明涉及一种产生涡旋自旋波的方法，包括以下步骤：根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；或者在铁磁圆柱纳米线中施加激发场激发出不同频率、不同模式的涡旋自旋波，采用布里渊光散射装置，获得自旋波的色散关系；根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。本发明可以得到固定频率、固定模式的涡旋自旋波，可用于操控磁孤子，如磁斯格明子、磁涡旋、磁泡等，对自旋波的应用有极大的益处。

技术领域

本发明属于自旋电子学技术领域，具体涉及一种产生涡旋自旋波的方法。

背景技术

在过去的几十年中，作为基础与应用物理学的附加自由度，具有空间扭曲相结构的波场的量化轨道角动量(OAM)在光子、声波、电子束和中子等领域已被广泛研究。轨道角动量(OAM)可与(准)粒子围绕固定轴旋转相联系，其在螺旋相位分布的波函数，可由方位角的相位角φ和非零拓扑电荷l(整数)构成的exp(ilφ)表示，并且在中心处等于零。与自波极化的自旋角动量(SAM)不同，OAM在旋转轴方向上的分量具有量化值(为约化普朗克常数)。扭曲的OAM态在轴上具有相位错位，该相位错位有时被称为(光学的，声的和/或电子的)涡旋，当粒子与其环境的相互作用具有旋转对称性时，OAM被保留。我们可以使用螺旋相位板，计算机生成的全息图，模式转换和空间调制器等来实现具有高OAM的涡旋。然而，作为有序磁振子中的基本激发，自旋波的OAM态很少受到人们的关注，其实际意义也从未被提及，尽管它们的线性动量和SAM自由度已经在布里渊光散射光谱、拓扑自旋结构的磁振子驱动动力学、玻色-爱因斯坦磁振子凝聚态中得到了广泛的探讨。

自旋波作为信息的传递载体，具有其独特的传播特性：在信息传递过程中不会使电子发生移动。利用自旋波来传递信息能够避免焦耳热的问题，更加有效的减小信息传输过程中的损耗。并且由于自旋波的波长很短，比同频率的电磁波的波长小很多，这样顺应了器件的微小型化的发展趋势。同时，自旋波具有易于激发，易于检测，信息存储密度大，功耗小，易耦合等特点，自旋波成为了继现代以电子、光为信息载体的下一代信息技术的理想信息载体。具有轨道角动量的自旋波即涡旋自旋波，不仅具有以上特点，还可用于操控磁孤子，如磁斯格明子、磁涡旋、磁泡等，这对自旋电子器件的发展具有很大的益处。因此，如何产生涡旋自旋波成为了本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种产生涡旋自旋波的方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种产生涡旋自旋波的方法，包括以下步骤：

根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；

根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；

在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程和以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系，包括，根据如下公式(1)和公式(2)确定所述自旋波的色散关系：

其中，H₀为外加磁强度，M_s为饱和磁化强度，k为轴向波矢，k为径向方向波矢，γ为旋磁比，μ₀为真空磁导率，ω为自旋波的角频率，A为交换常数，k_1,k_2,κ₃分别为公式1解出的三个不同的径向方向波矢的值。