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通过量子自旋传感器对具有变波矢的磁振子激发进行纳米级探测。

Nanoscale Detection of Magnon Excitations with Variable Wavevectors Through a Quantum Spin Sensor.

机构信息

Department of Physics, University of California San Diego, La Jolla, California 92093, United States.

Department of NanoEngineering, University of California San Diego, La Jolla, California 92093, United States.

出版信息

Nano Lett. 2020 May 13;20(5):3284-3290. doi: 10.1021/acs.nanolett.0c00085. Epub 2020 Apr 20.

DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00085
PMID:32297750
Abstract

We report the optical detection of magnons with a broad range of wavevectors in magnetic insulator YFeO thin films by proximate nitrogen-vacancy (NV) single-spin sensors. Through multimagnon scattering processes, the excited magnons generate fluctuating magnetic fields at the NV electron spin resonance frequencies, which accelerate the relaxation of NV spins. By measuring the variation of the emitted spin-dependent photoluminescence of the NV centers, magnons with variable wavevectors up to ∼5 × 10 m can be optically accessed, providing an alternative perspective to reveal the underlying spin behaviors in magnetic systems. Our results highlight the significant opportunities offered by NV single-spin quantum sensors in exploring nanoscale spin dynamics of emergent spintronic materials.

摘要

我们通过近邻氮空位(NV)单自旋传感器报告了在磁性绝缘 YFeO 薄膜中具有广泛波矢的磁振子的光学检测。通过多磁振子散射过程,激发的磁振子在 NV 电子自旋共振频率处产生波动磁场,从而加速 NV 自旋的弛豫。通过测量 NV 中心发射的自旋相关光致发光的变化,可以光学访问波矢高达 ∼5 × 10 m 的磁振子,为揭示磁性系统中潜在的自旋行为提供了另一种视角。我们的结果突出了 NV 单自旋量子传感器在探索新兴的自旋电子材料的纳米尺度自旋动力学方面提供的重要机会。

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