铁铑合金磁相变中纵向自旋泵浦的量子涨落特征及其超高效性

为解决经典横向自旋泵浦(transverse spin pumping)局限于恒定原子磁矩的局限，研究人员首次探索了由量子涨落驱动的纵向自旋泵浦(longitudinal spin pumping)。通过铁铑合金(FeRh)/铂(Pt)双层膜纳米级相变实验，发现其产生的逆自旋霍尔效应信号强度超横向泵浦一个数量级，揭示了量子涨落对自旋动力学的主导作用，为超快退磁及轨道角动量调控提供了新范式。

　　

在缺乏电势能、密度或温度梯度的情况下，粒子流可通过泵浦效应产生，这种非平庸动力学现象的代表是量子霍尔效应相关的电荷泵浦。作为其自旋版本，传统自旋泵浦研究仅聚焦于原子磁矩大小恒定时的横向模式（对应磁矩进动），而磁矩幅值随时间变化的纵向模式——源于量子涨落——此前尚未被探索。

最新研究利用具有一级反铁磁-铁磁相变特性的铁铑合金(FeRh)，通过向FeRh/铂(Pt)双层结构注入电荷电流，在纳秒级时间内诱导相变并检测到铂层中的自旋流。令人惊讶的是，观测到的逆自旋霍尔效应(ISHE)信号强度达到横向泵浦预期的十倍，这强烈表明量子涨落驱动的纵向自旋泵浦具有显著优势。该发现不仅拓宽了自旋电子学的研究维度，更对理解激光诱导超快退磁、轨道泵浦(orbital pumping)及量子自旋转移等涉及角动量动力学的过程具有深远启示。