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Nonreciprocity of spin waves in the conical helix state [Physics]
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ( IF 9.412 ) Pub Date : 2021-02-23 , DOI: 10.1073/pnas.2022927118
N. Ogawa, L. Köhler, M. Garst, S. Toyoda, S. Seki, Y. Tokura

Nonreciprocity emerges in nature and in artificial objects from various physical origins, being widely utilized in contemporary technologies as exemplified by diode elements in electronics. While most of the nonreciprocal phenomena are realized by employing interfaces where the inversion symmetry is trivially lifted, nonreciprocal transport of photons, electrons, magnons, and possibly phonons also emerge in bulk crystals with broken space inversion and time reversal symmetries. Among them, directional propagation of bulk magnons (i.e., quanta of spin wave excitation) is attracting much attention nowadays for its potentially large nonreciprocity suitable for spintronic and spin-caloritronic applications. Here, we demonstrate nonreciprocal propagation of spin waves for the conical spin helix state in Cu2OSeO3 due to a combination of dipole and Dzyaloshinskii–Moriya interactions. The observed nonreciprocal spin dispersion smoothly connects to the hitherto known magnetochiral nonreciprocity in the field-induced collinear spin state; thus, all the spin phases show diode characteristics in this chiral insulator.



中文翻译:

圆锥螺旋状态下自旋波的不可逆性[物理]

不互惠性在自然界和来自各种物理起源的人造物体中出现,被广泛用于现代技术中,例如电子设备中的二极管元件。尽管大多数不可逆现象是通过采用微不足道地提高了反对称性的界面来实现的,但在块状晶体中,光子,电子,磁子和可能的声子的不可逆传输也出现了空间反转和时间反转对称性破裂的情况。其中,体磁子的定向传播(即,自旋波激发的量子)如今因其潜在的大不可逆性而适用于自旋电子学和自旋热电子学,引起了人们的广泛关注。在这里,我们证明了Cu 2 OSeO中圆锥形自旋螺旋状态的自旋波的不可逆传播3是由于偶极子和Dzyaloshinskii–Moriya相互作用的结合。在场诱导的共线自旋状态下,观察到的不可逆的自旋弥散平滑地连接到迄今已知的磁极化不可逆性。因此,在该手性绝缘体中,所有自旋相均显示出二极管特性。

更新日期:2021-02-21
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