在最新發表在《科學進展》期刊上的一項研究中，由理研應急物質科學中心（CEMS）科學家領導的一個研究小組，利用磁旋轉耦合原理抑制了聲波在薄膜表面一個方向的傳播，同時讓聲波在另一個方向上傳播，這可能促進致聲學整流器的發展，這種設備能讓聲波在一個方向上優先傳播，在通信技術中具有潛在的應用，被稱為整流器的設備在技術發展中極其重要。
最著名的是電子二極管，它用來將交流電轉換成直流電，基本上使通電成為可能。在目前的研究中，該研究小組在磁性薄膜中檢查了聲波表面波的運動-聲音運動，就像地震在地球表面的傳播一樣。表面聲波和自旋波之間存在相互作用，即材料內部磁場中的干擾可以通過材料。聲波表面波可以通過兩種方式激發自旋波，一種是磁彈性耦合，有很好的記錄。
然而，40多年前，這項研究的作者之一前川貞一(Sadamichi Maekawa)提出了第二種方法：即磁旋轉耦合，但直到現在才得到實驗驗證。在目前的研究中，研究發現這兩種機制同時發生，但強度不同。發現，當磁性樣品的磁化方向與表面聲波旋轉方向相同時，聲波表面波的能量會更有效地傳遞給自旋波，從而增加磁化的旋轉。事實上，研究人員能夠識別出一種單向耦合的結構。
在這種結構中，只有一個方向的表面聲波的能量可以轉移到磁化的旋轉上。同時研究人員還注意到，當磁性材料表現出磁各向異性時，這種整流效應更加明顯，這意味著即使在施加外部磁場之前，內部磁化就有一個更好的方向。研究的第一作者、理研應急物質科學中心（CEMS）的徐明然(Mingran Xu)表示：能夠證明磁旋耦合現象確實存在，並且可以用來完全抑制聲能在一個方向上的運動，這是非常令人興奮的。
同樣來自日本理化學研究所（RIKEN）應急物質科學中心（CEMS）的豪爾赫·普埃布拉(Jorge Puebla)表示：我們希望能利用這項研究來創造一種‘聲學二極管’，相當於非常重要的電子二極管，我們可以相對容易地製造出一種設備，聲能在一個方向上有效轉移，而在另一個方向上被阻擋。這發生在微波頻率上，這是5G通信技術感興趣的範圍，因此表面聲波可能是這項技術的一個有趣候選者。
磁振子，是聲子相互作用一種基本形式是磁性材料的固有屬性，即“磁彈性耦合”。這種相互作用形式一直是描述磁致伸縮材料及其應用的基礎，其中應變會引起內部磁場的變化。與磁彈性耦合不同的是，早在40多年前，就有人提出聲表面波可以通過各向異性磁體中晶格的旋轉運動來誘導表面磁子。然而，這種稱為磁旋耦合的磁振子-聲子耦合機制的特徵一直難以捉摸。
本研究首次報道了垂直各向異性薄膜Ta/CoFeB(1.6納米)/MgO中磁旋耦合的觀測和理論框架，在理論預測的優化條件下，它導致了非互易聲波的衰減，其整流率達到了前所未有的100%，研究不僅從實驗上證明了研究磁振子-聲子耦合的一條新途徑，而且也證明了磁旋耦合應用的可行性。
博科園｜研究/來自：日本理化學研究所
參考期刊《科學進展》
DOI: 10.1126/sciadv.abb1724
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