共振激光拉曼光谱在磁振子学研究中应用

Magnonics is a young and evolving research field，its aim is to manipulate and control spin-waves in magnetic materials. Neutron scattering is a very powerful experimental technique for studying spin-waves. However, in practice, it neutron scattering experiments are subjects to several restrictions: large samples have to be used, thus very difficult to study thin films and nanomaterials; also neutron scattering facilities are limited. In this proposal, we will discuss a simple and powerful experimental technique for studying spin-wave: resonance laser Raman spectroscopy, and using this method to investigate basic issues in magnonics: the mechanisms of resonance effect of spin-wave and physical origins of spin-wave in magnetic materials. Furthermore, through the understanding of spin-wave, further apply resonance laser Raman spectroscopy to study important issues of magnetic phase transitions and spin-flipping mechanisms. We will specially concentrate on systematic studies of the properties of spin-wave in multiferroic hexagonal manganites. Hexagonal manganites have very strong coupling between magnetic and ferroelectric order parameters, thus would be very promising to develop high efficiency electric field controlled magnonic devices. Our systematic studies will play an important role not only for the fully understanding of spin-wave in magnetic materials, but also for future development of magnonic devices.

磁振子学是近年来兴起的一个新研究领域，它主要目的是研究自旋波在磁性材料中的行为。研究自旋波非常有效的实验方法是中子散射，然而中子散射实验有一定的局限性：一般需要较大样品，很难研究薄膜及纳米样品；而且中子散射实验室很有限。本项目将探讨实用方便的共振激光拉曼光谱研究自旋波的实验方法，并研究磁振子学中基本的自旋波共振机制及自旋波物理根源等问题；同时通过对自旋波的研究和理解，进一步运用共振激光拉曼光谱研究磁性相变及自旋翻转等重要问题。我们将特别集中研究多铁性材料六角锰氧化物中自旋波特性。六角锰氧化物具有独特的强磁电耦合效应，为未来高效电场控制自旋波电子器件的实现提供了基础。我们系统的研究将对自旋波的全面理解有重要作用，从而有利于更有效的控制自旋波用于存储、传播和加工信息来研发高效的自旋波电子器件。

磁振子学是近年来兴起的一个新研究领域，它主要目的是研究自旋波在磁性材料中的行为。本项目探讨了实用方便的共振激光拉曼光谱研究自旋波的实验方法，并研究了磁振子学中基本的自旋波共振机制及自旋波物理根源等问题；同时通过对自旋波的研究和理解，进一步研究了磁性相变及自旋翻转等重要问题。.本项目很好的完成了申请书中主要研究内容，对申请书中提出的四个主要研究内容都有了更深入理解；而且我们将共振激光拉曼光谱研究磁性材料自旋波的方法拓展到了其他材料特性的研究中；同时我们对项目后期研究中存在的问题进行了全面分析，并探索了下一阶段研究解决这些问题的方法。(i)在自旋波共振拉曼机制研究中，验证了自旋波共振效应与材料“on-site Coulomb energy”能级紧密相关；同时验证了“on-site Coulomb energy”能级带宽越窄，自旋波共振效应越明显；而且将自旋波共振机制运用到了其他磁性材料中。(ii)在六角锰氧化物中自旋波物理根源研究中，理解了温度改变对六角锰氧化物中自旋波的影响；并运用Heisenberg Hamiltonian模型模拟了各种自旋波模式；同时运用二维相关光谱方法分析了六角锰氧化物中自旋波物理根源；对压强/应力改变对自旋波的影响也做了一定的分析。(iii)在共振激光拉曼光谱研究磁性相变中，获得了共振激光拉曼光谱研究磁性相变的简单实用方法，并研究了六角锰氧化物中弱自旋重取向相变；同时对三氧化二钒薄膜中相变机制做了一定的分析，提出了有效的研究方案；而且将拉曼光谱相对强度分析方法运用到了研究其他材料特性中。(iv)在六角锰氧化物中自旋翻转机制研究中，初步理解了六角锰氧化物中自旋翻转机制，并搭建了pump-probe激光拉曼光谱实验；但由于信号太弱，对自旋翻转/弛豫时间有待于进一步研究。目前我们已经提出了解决现有问题的方法，将在下一阶段继续深入全面研究自旋波散射物理机制。