京都大学化学研究所助理教授盐田洋一、博士生石桥美绪、森山贵宏副教授和小野照夫教授组成的研究小组与米乐m6官方网站自旋电子学研究中心首席研究员谷口智宏合作，将两个磁体的磁极方向相反地组合在一起。人造反铁磁体注1)中，有两种磁振动模式（声波模式/光学模式注2))被发现在某些条件下会相互排斥。相互排斥意味着每种振动模式都在结合和交换能量。两个不同准粒子注3)耦合被称为混合量子系统，目前主要研究的是光子-磁振子耦合和声子-磁振子耦合。新发现的磁振子之间的耦合，即磁性准粒子（磁振子-磁振子耦合），有望为正在研究的量子信息处理混合量子系统提供新的视角，并导致利用磁振子的新信息处理技术的发展。
该成果于2020年7月1日发表在美国科学杂志《物理评论信
正在研究利用两种不同准粒子组合的混合量子系统，以应用于量子计算机和量子信息通信等量子信息技术。到目前为止，研究的主要焦点一直是两种不同准粒子之间的耦合（光子-磁振子耦合、声子-磁振子耦合等）。近年来，关于磁振子（磁性准粒子）之间的耦合（磁振子-磁振子耦合）的研究在世界范围内不断取得进展。磁振子是通过量子力学处理磁体产生的波（自旋波）的粒子，使用磁振子的电子电路有望成为创建紧凑、低功耗信息处理系统的技术。
在这项研究中，我们使用铁钴硼合金（Fe60公司20B20），我们使用了一种人造反铁磁材料，其磁极通过极薄的钌 (Ru) 非磁性层以相反方向耦合（图 1(a)）。在这种人造反铁磁薄膜的顶部，我们制造了一个天线，用于使用高频磁场激发和检测自旋波（图1（b））。如图1（c）所示，人造反铁磁体具有两种磁振动模式（声学模式和光学模式），这两种模式都源于反铁磁性。图2(a)-(c)中，相对于自旋波传播方向φk=0°、45°和90°的倾斜施加磁场时的自旋波共振谱。φk=0°,90°时，声模和光模的共振峰相对于磁场单调变化。另一方面，φk=45°时两个共振频率注4)匹配时，谐振频率相互排斥。相互排斥意味着每种振动模式都在结合并交换能量。还有间隙频率注5)耦合强度g时，我们发现由于能量耗散，它大于谐振峰线宽，表明达到了强耦合状态。接下来，设置磁场施加方向φk=45°并改变激发的自旋波的波数（波长的倒数）并测量自旋波共振谱时，我们还发现斥力的大小（即耦合强度）与波数成正比。
从上述实验结果来看，本研究中观察到的磁振子-磁振子耦合的物理起源是由于自旋波的激发磁偶极子相互作用注6)因此，当我们构建并分析包含磁偶极子相互作用的理论模型时，我们能够清楚地重现实验结果。此外，由于上下磁体交换而产生磁偶极子相互作用，从而发生排斥对称性破缺注7)醒了。
图 1 (a) 人造反铁磁材料的概念图。 （b）从上方观察本研究中制造的自旋波器件的光学显微镜图。右图显示了自旋波传播方向与磁场施加方向之间的关系。 (c) 显示同相振动的声学模式（上行）和反相振动的光学模式（下行）的图。
图2(a)-(c)φk=0°、45°、90°处的自旋波共振谱。深色区域代表共振峰。φk=45°时，声模和光模的谐振峰不相交，存在间隙频率。
在这项研究中，我们发现人造反铁磁材料中的两种不同振动模式是耦合的，并揭示其物理起源是通过磁偶极子相互作用对称性破缺。这项研究的结果为目前正在研究量子信息处理的混合量子系统提供了新的视角，预计将导致使用磁振子的新信息处理技术的发展。
这项研究得到了科学研究补助金“特别促进研究”、“青年科学家 (A)”、“挑战性研究（探索性）”、“新学术领域研究：纳米自旋转换科学”、“青年科学家”和“京都大学研究与发展计划 [Ishizue]”的部分支持。
标题：合成反铁磁体中动态偶极相互作用介导的可调谐磁振子-磁振子耦合
作者：Yoichi Shiota、Tomohiro Taniguchi、Mio Ishibashi、Takahiro Moriyama 和 Teruo Ono
已出版的杂志：物理评论信