自旋电子学钻研的持久指标是开发基于自旋的、低耗散的推算技术设备。新兴的反铁磁磁振子领域旨在追求利用绝缘反铁磁体通过磁振子传输角动量进行信息处置。反铁磁性有序资料拥有零净磁矩的特点，是利用于自旋电子学器件的梦想资料。然而，此前反铁磁体中自旋输运景象的直接观测只限于几个纳米的领域，严沉造约了有关资料的发展。2018年，德国美因茨大学的钻研人员在反铁磁绝缘体赤铁矿（α-Fe2O3）单晶中利用表磁场调节反铁磁共振频率，节造通过赤铁矿-铂界面的自旋流流动，从而钻研了反铁磁绝缘体中自旋输运的机造及其长程自旋输运（Long-range spin transport）景象。只管在α-Fe2O3中已经显示出长程的磁振子传输，但在职何其他易轴或易面各向异性的反铁磁体中，还没有显示出超过几纳米衰减长度的磁振子传输。

近期，j9国际集团曹世勋教授团队与德国美因茨大学、德国美因茨卓越资料科学钻研生院、法国巴黎萨克雷大学、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国度强磁场尝试室、挪威科技大学量子自旋电子学中心等物理学和资料学家组成的国际钻研团队，在倾角反铁磁正铁氧体YFeO3单晶中利用自旋霍尔效应展示了长程自旋输运行为。钻研人员将电流通过YFeO3单晶上的铂丝，引发自旋霍尔效应产生横向自旋流（spin current），驱动自旋在YFeO3-铂界面累积，这一累积过程可能进一步产生带有净角动量的自旋流。自旋流及其自旋电压最终共同组成了非局域电压（non-local voltage），可通过逆自旋霍尔效应进行检测；谝陨瞎婊，钻研人员通过尝试丈量和推算发现超低阻尼稀土正铁氧体YFeO3中传输自旋信息的距离可达到数百纳米。2022年10月17日，有关钻研成就以Anisotropic long-range spin transport in canted antiferromagnetic orthoferrite YFeO3” 为题在线颁发在《Nature Communications》上。

该论文工作萦绕j9国际集团团队的高质量稀土铁氧化物YFeO3单晶样品发展，曹世勋教授为共同通讯作者，2020级博士钻研生马幼璇，2019级硕士钻研生陈海洋为共同合作者，j9国际集团物理系、资料基因组工程钻研院和j9国际集团量子与分子结构国际中心为共同通讯单元。j9国际集团团队进行了高质量YFeO3单晶样品的造备和精确定向切割，并提供高质量YFeO3单晶样品用于非局域输运丈量分析以及磁性丈量，作为该项国际合作钻研课题的主题资料，其晶体结构如图1（a）所示。

图1. 晶体结构、磁共振及器件。(a) YFeO3[010]的晶体结构。(b) 在两种分歧的温度下，共振频率作为沿a轴（空心符号）和c轴（实心符号）磁场的函数，蓝色为20 K，红色为150 K。(c) 在20 K和150 K时，磁场沿c轴线宽与频率的函数关系。(d) 典型器件的扫描电镜图像，其中电流沿着中央导线驱动，并在其左右的两根导线中丈量非局域电压。

图2. 200 K温度下YFeO3中的自旋输运。(a) 当磁场沿着单晶易轴（a轴）与铂丝方向平行时，非局域电阻与磁场强度的关系。(b) 当磁场沿着单晶易轴（a轴）与铂丝方向垂直时，非局域电阻与磁场强度的关系。

图3. 200 K时自旋输运信号的距离依赖性。

钻研发现，平行易轴与垂直于易轴的自旋输运信号响应批注能够通过施加磁场调整奈尔矢量的方历来寻找非局域电阻的最大值，自旋信息的输运仅由奈尔矢量介导（图2）。YFeO3中磁振子衰变长度的丈量证实了在超低阻尼正铁氧体YFeO3中数百纳米的磁振子传输，其传输机造是由Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和表加磁场共同促成的。磁振子衰减长度超过数百纳米，与共振丈量相一致。经过具体理论分析，确定磁振子群速度的各向异性是观察到各向异性磁振子衰减长度（λ）的重要机造（图3）。在YFeO3中发现的这种怪异的传输模式为一大类与技术有关的资料，好比倾角反铁磁正铁氧体，提供了长程自旋传输的可能。此表，通过长程非局域输运丈量和反铁磁共振丈量所观察到的输运模式凸起了低阻尼反铁磁绝缘体在集成到下一代磁电子和自旋电子器件中的利用潜力，是朝着成立反铁磁绝缘体中长程自旋输运通用模型最终指标迈出的沉要一步。

这次在Nature Communications上颁发合作钻研成就，是j9国际集团曹世勋教授团队继2018年在Science上颁发论文“Observation of Dicke cooperativity in magnetic interactions”、2021年5月、2022年1月相继在《Nature Communications》上颁发两篇高质量论文“Ultrastrong magnon–magnon coupling dominated by antiresonant interactions”与“Emerging spin–phonon coupling through cross-talk of two magnetic sublattices” 之后再次登上国际驰名期刊。

该工作得到上海市科学技术委员会“科技创新行动打算”项目（No.21JC1402600）和国度天然科学基金面上项目（No. 1207424）的支持。

有关论文链接：

2022年10月，Nature Communications, 13, 6140 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33520-5

2022年01月，Nature Communications, 13, 443 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27267-8

2021年05月，Nature Communications, 12, 3115 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23159-z

2018年08月，Science 361 (6404), 794-797. http://science.sciencemag.org/content/361/6404/794