Dzyaloshinskii-Moriya相互作用允许杂化钙钛矿中的磁子

一个国际研究小组利用Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)在有机杂化钙钛矿材料中创造了一种混合磁振子状态。由此产生的材料具有处理和存储量子计算信息的潜力。这项工作还扩大了可用于创建混合磁振子系统的潜在材料的数量。该作品发表在Nature Communications上。

在磁性材料中，称为磁振子的准粒子引导材料内的电子自旋。磁振子有两种类型——光学和声学——指的是它们的自旋方向。

“光学和声学磁振子都在反铁磁体中传播自旋波，”北卡罗来纳州立大学物理学副教授兼有机与碳电子实验室(ORaCEL)成员Dali Sun说。“但是为了使用自旋波来处理量子信息，你需要一个混合自旋波态。

“通常两种磁振子模式不能产生混合自旋状态，因为它们的对称性不同，”Sun说。“但是通过利用DMI，我们发现了一种具有混合磁振子状态的混合钙钛矿。Sun也是该研究的通讯作者。

研究人员通过在材料中添加有机阳离子来实现这一点，从而产生一种称为DMI的特定相互作用。简而言之，DMI打破了材料的对称性，允许自旋混合。

该团队利用了一种铜基磁性杂化有机-无机钙钛矿，它具有独特的八面体结构。这些八面体可以以不同的方式倾斜和变形。向材料中添加有机阳离子会破坏对称性，在材料内产生角度，允许不同的磁振子模式耦合和自旋混合。

“除了量子影响之外，这是我们第一次观察到混合有机 - 无机钙钛矿的对称性破裂，”北卡罗来纳州立大学研究生研究助理兼该研究的第一作者Andrew Comstock说。

“我们发现DMI允许磁振子在铜基杂化钙钛矿材料中具有正确的对称性要求，”Comstock说。“添加不同的阳离子会产生不同的效果。这项工作确实开辟了从许多不同的材料中创建磁振子耦合的方法 - 研究这种材料的动态效应也可以教给我们新的物理学。

麻省理工学院的Chung-Tao Chou是这项工作的共同第一作者。麻省理工学院的Luqiao Liu和国家可再生能源实验室的Matthew Beard和Haipeng Lu是该研究的共同通讯作者。