近日, 物理学期刊《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》在线刊发了我院于涛教授“量子磁性与自旋物理”课题组题为“Chirality Enables Thermal Magnon Transistors”的研究论文。于涛教授为论文的第一及通讯作者，于涛教授课题组博士生蔡成渊、日本东北大学Gerrit Bauer教授为论文的共同作者。华中科技大学为论文的第一单位。

在磁性绝缘体中，由于磁子与环境耦合较弱，它可以远距离、低耗散、高效率地传输自旋信息。这有望基于磁子在后摩尔时代代替电子实现集成电路。然而不同于电子可由电压局域控制，用常规方法难以在“片上”对磁子模式及热输运进行局域调控，这成为实现磁子集成电路的重要瓶颈。

通过手性相互作用，磁子只能和某个方向传播的另一种准粒子相互耦合。在线性响应时，手性相互作用引起“相干”磁子的非互易输运。然而，手性常常与整流效应或二极管效应相混淆，而后者都是严格的非线性现象。在本文中，我们探索了在线性响应时磁子热流能否被栅极调控从而实现自旋晶体管这一问题。我们发现在源极和漏极之间磁子的热流可以被磁性纳米线组成的栅极有效调制。该栅极选择性地耗散沿一个方向传播的磁子，但对沿相反方向传播的磁子没有影响，如图1(a)所示。我们预测了一个令人惊讶且与直觉相反的效应: 当相互作用不是手性时，从源极和漏极无法向栅极注入净磁子热流，但是打开手性后会产生一个非常可观的从源到栅极的净磁子热流，从而对栅极自旋磁矩提供一个由磁子导致的自旋力矩，如图1(b)所示。这种横向热自旋泵浦效应可以通过旋转薄膜磁化来控制，并可能有助于调控未来磁子电路中的热流。

图1.利用手性调控磁子自旋流注入。（a）中在磁性绝缘体薄膜上放置磁性纳米线栅极。（b）绘出通过改变磁场方向实现纳米线和磁性绝缘体手性耦合的调控进而进行自旋流的注入。

最近几个实验观察到由铂进行自旋注入时，钇铁石榴石YIG薄膜中的非局部热输运受到坡莫合金栅极的调控，表现出磁子热流的非互易性。我们用非幺正散射矩阵的方法求解手性耦合的非厄米系统，预测了一种只有存在手性阻尼时才会出现的非局域热自旋泵浦或自旋塞贝克效应。我们的工作强调手性耦合不能引起整流，但可以控制磁子热流的注入。我们希望我们的预测在不久的将来可以通过实验来验证。

该工作得到了科技部重点研发计划物态调控项目、国家自然科学基金面上项目的支持。

论文链接：Chirality Enables Thermal Magnon Transistors (sciengine.com)