严鹏教授课题组在《物理评论快报》上发表研究成果

文:朱辉 图:严鹏 / 来源:电子学院 / 2018-11-06 / 点击量:4661

  近日,我校电子科学与工程学院、电子薄膜与集成器件国家重点实验室严鹏教授课题组在物理学国际顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters, PRL)上发表了“Antiferromagnetism Emerging in a Ferromagnet with Gain” (增益铁磁体诱导新兴反铁磁性)研究论文。课题组硕士生杨欢欢和博士后汪晨为该论文共同第一作者,严鹏教授和曹云姗副教授为论文联合通讯作者,电子科技大学电子科学与工程学院、电子薄膜与集成器件国家重点实验室为唯一完成单位。PRL是物理学领域最具影响力和曝光度的综合性期刊。其论文接收标准可以简单概括为开创新方向,解决重要难题,发展新方法,并引发广泛兴趣。

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  铁磁(Ferromagnetism)和反铁磁(Antiferromagnetism)是磁性材料的两种基本磁学性质。在铁磁材料中,相邻磁矩呈平行排列并具有自发磁化的特点。在反铁磁材料中,相邻磁矩倾向于反平行排列,其磁化率因而接近于零。仅在少数材料中,可以通过加热,压力或者外磁场等办法诱导出铁磁-反铁磁相变。因此,寻找一种普适的方法使得铁磁-反铁磁相变不再局限于特定材料将具有重要的基础研究价值和实践应用前景,当然也极具挑战性。

  增益(gain)和阻尼(loss)是自然界两种常见的现象,它们之间的平衡与非厄米量子力学有着深刻的联系,也正在吸引着光学,声学,磁学等诸多领域的研究兴趣。严鹏教授课题组研究发现,具有难磁化轴的铁磁体在增益作用下等价于拥有同样大小耗散(阻尼)和易磁化轴的反铁磁体。通过调节铁磁薄膜的增益-阻尼系数,可以实现系统的铁磁-反铁磁一阶相变,并且相变点严格对应于宇称-时间反演对称(parity-time symmetry)破缺的临界点(exceptional point)。作为该理论发现的一个重要应用,论文通过数值模拟展示了在单层和双层具有手征性的铁磁薄膜中产生以及操纵反铁磁斯格明子(skyrmion)的过程。这里,磁性斯格明子是一种受拓扑保护,具有准粒子特性的涡旋磁结构。由于其尺寸小,稳定性高和操纵容易等优点,斯格明子在未来高密度,低能耗,非易失存储和逻辑计算方面具有丰富的应用前景。然而,受反铁磁材料和测量手段的限制,反铁磁斯格明子至今并没有被实验观测到。该工作为未来反铁磁自旋电子学和宇称-时间反演对称自旋波电子学的研究开辟了新的思路和方向。

  该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后科学基金的资助。


  相关链接:论文作者介绍

  杨欢欢,男,电子学院2018级硕士研究生。于2016年入选“微固菁英”计划并加入严鹏教授课题组,完成本科毕业设计,获校级优秀学士学位论文并入选教务处优秀论文集。目前,以第一作者在Physical Review Letters, Physical Review B发表论文各1篇,以第二作者在Optics Express发表论文1篇,申请国家发明专利3项。

  汪晨, 自旋电子学理论课题组博士后。2016年于香港科技大学获得博士学位。以第一作者发表Physical Review Letters 2篇, Physical Review B 4篇。主持国家自然基金青年项目、中国博士后科学基金面上项目一等以及特别资助各1项。荣获2017年度电子科技大学优秀博士后称号。

  曹云姗,副教授。2007年本科毕业于北京师范大学物理学系,2012年获北京大学物理学博士学位。2012-2015年在荷兰代尔夫特理工大学从事博士后研究。主要研究方向为量子输运,微波腔自旋电子学。在Physical Review Letters, Physical Review B等国际著名期刊发表论文十多篇,多次应邀做国际学术会议邀请报告,任戈登研讨会主席。主持国家自然科学基金青年项目1项。

  严鹏,教授,博士生导师。2006年本科毕业于中国科技大学近代物理系,2011年于香港科技大学获得物理学博士学位(师从王向荣教授)。2011-2015年期间,先后在荷兰代尔夫特理工大学,日本东北大学,德国美因茨大学从事博士后研究工作,2015年12月加入电子科技大学。主要研究方向为自旋电子学理论,拓扑磁动力学,非平衡热力学与统计,生物磁性与磁导航。回国独立开展工作3年以来,已带领课题组成功申请到国家自然科学基金4项,获批中国博士后科学基金面上和特别资助4项,发表多篇高水平研究论文,2018年以通讯作者身份指导课题组研究生和博士后在Physical Review Letters, Physical Review Applied, Physical Review B, Physical Review E, Optics Express等国际著名期刊发表(含接收)论文8篇(电子科技大学均为唯一或第一完成单位)。课题组欢迎有志从事自旋电子学理论研究的同学和博士后加入。

  论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.197201


编辑:助理编辑  / 审核:罗莎  / 发布者:陈伟