自旋力矩為人們利用電學(xué)方法高效調(diào)控磁矩翻轉(zhuǎn)提供了重要手段。自旋力矩通常由自旋極化電流或電流經(jīng)由自旋霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)化的純自旋流產(chǎn)生。二者分別命名為自旋轉(zhuǎn)移力矩（Spin Transfer Torque，STT）、自旋軌道力矩（Spin Orbit Torque，SOT）?；谶@些手段，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界開(kāi)發(fā)出第二代平面磁各向異性、第三代垂直磁各向異性STT-MRAM及第四代SOT-MRAM磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（Magnetic Random Access Memory，MRAM）自旋芯片；且STT-MRAM已在規(guī)?；噾?yīng)用。

　　自旋波或磁子，即磁有序系統(tǒng)的集體元激發(fā)，已被證明可以不借助帶電電子的移動(dòng)而僅利用局域自旋之間的耦合來(lái)遠(yuǎn)距離傳輸自旋角動(dòng)量，有望成為自旋信息傳輸、存儲(chǔ)和處理的優(yōu)良載體。因此，驗(yàn)證磁子是否也具備轉(zhuǎn)移并傳遞自旋力矩的能力，成為磁子學(xué)和自旋電子學(xué)的前沿待解難題。盡管已有關(guān)于磁子轉(zhuǎn)移力矩（Magnon Transfer Torque，MTT）純理論研究的報(bào)道，但實(shí)驗(yàn)上如何精確驗(yàn)證該效應(yīng)的存在頗具挑戰(zhàn)性。實(shí)驗(yàn)研究的難度在于如何排除各種非內(nèi)稟因素對(duì)MTT效應(yīng)的干擾。例如：如何完全排除經(jīng)典電子自旋流的影響，如何排除其他非自旋力矩因素（如外加磁場(chǎng)）的干擾等。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心M02組博士研究生郭晨陽(yáng)、副研究員萬(wàn)蔡華和研究員韓秀峰等，巧妙地設(shè)計(jì)并制備出具有垂直磁各向異性的Y₃Fe₅O₁₂/NiO/Pt磁子異質(zhì)結(jié)，并借助自旋力矩驅(qū)動(dòng)的磁矩翻轉(zhuǎn)效應(yīng)證明了MTT效應(yīng)的存在。在該結(jié)構(gòu)中，如圖（a）所示，Pt作為具備強(qiáng)自旋軌道耦合作用的重金屬材料，通過(guò)流經(jīng)它的電流產(chǎn)生純自旋流。NiO作為反鐵磁絕緣體，可用于電子自旋流向磁子自旋流的轉(zhuǎn)化，即產(chǎn)生純磁子流。具有垂直磁各向異性的絕緣體Y₃Fe₅O₁₂作為磁子流的吸收層，可通過(guò)觀察其垂直磁矩的變化來(lái)判斷MTT的存在并評(píng)估MTT的大小。Y₃Fe₅O₁₂和NiO作為絕緣體，可以阻止電子進(jìn)入其中，因而可以完全排除經(jīng)典電子自旋流對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)的影響；垂直磁化的Y₃Fe₅O₁₂從對(duì)稱性上還可以完全排除電流誘導(dǎo)的水平奧斯特磁場(chǎng)使其發(fā)生180°確定性翻轉(zhuǎn)的可能性。因此，在該系統(tǒng)中僅有流經(jīng)反鐵磁絕緣體NiO的磁子流可以對(duì)磁性絕緣體Y₃Fe₅O₁₂施加力矩作用、且導(dǎo)致垂直磁矩的翻轉(zhuǎn)，從而明確地驗(yàn)證了MTT的存在。根據(jù)自旋力矩驅(qū)動(dòng)垂直磁矩翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的特點(diǎn)來(lái)看，如果面內(nèi)輔助磁場(chǎng)反號(hào)，垂直磁矩被自旋力矩驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)的方向亦反號(hào)。這是MTT作用于垂直Y₃Fe₅O₁₂的另一判據(jù)。圖（b）中的結(jié)果均證實(shí)了MTT的存在。

　　該工作從實(shí)驗(yàn)上確立了磁子轉(zhuǎn)移力矩MTT效應(yīng)的圖像，并表明MTT可用于磁矩的調(diào)控及其翻轉(zhuǎn)，這為開(kāi)發(fā)純磁子存儲(chǔ)器和磁子邏輯補(bǔ)齊了此前缺失的電學(xué)調(diào)控技術(shù)和方法。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論B》（Phys. Rev. B, 104 (2021) 094412）上。

　　磁子轉(zhuǎn)移力矩（MTT）效應(yīng)的（a）物理圖像和（b）實(shí)驗(yàn)證明結(jié)果。（a）Pt中自旋流轉(zhuǎn)換成NiO中磁子流，再將磁子攜帶的自旋角動(dòng)量傳遞給具有垂直磁矩Y₃Fe₅O₁₂(YIG)的原理示意圖；（b）利用反常霍爾效應(yīng)監(jiān)測(cè)MTT驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。MTT效應(yīng)驅(qū)動(dòng)垂直磁矩翻轉(zhuǎn)的回線清晰可見(jiàn)，且回線的方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）隨水平輔助磁場(chǎng)的方向反轉(zhuǎn)而反轉(zhuǎn)。這些實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明了MTT效應(yīng)的存在。