超快自旋电流激发的太赫兹反铁磁运动

反铁磁体（AFs，相邻原子磁矩反平行排列）被视为下一代信息通信技术的关键活性组件。过去十年，因其自旋纹理与自旋电流（携带自旋角动量的电流，自旋信息处理的核心）间的高效相互作用，反铁磁体在自旋电子学领域备受关注。其中，绝缘反铁磁材料有望实现低能耗、高频的自旋信息传输，其磁共振本征频率处于太赫兹范围，且绝缘化合物的本征阻尼极低，磁纹理可在皮秒尺度被驱动。然而，在皮秒及亚皮秒尺度向绝缘反铁磁体传递自旋角动量（即自旋转移力矩，STT）的直接证据一直缺失，因反铁磁体净磁化强度为零，其动力学或磁振子的直接测量极具挑战。

本研究采用铁磁金属/绝缘反铁磁体双层结构（如CoFeB/BiFeO3），通过飞秒强激光脉冲激发，并结合超快时间分辨磁光学技术，探究自旋角动量交换对铁磁层超快退磁特性的影响，同时探测反铁磁层触发的太赫兹动力学。选用磁电反铁磁体BiFeO3，其具有可控的单一反铁磁螺旋畴结构，且磁电相互作用使反铁磁动力学伴随极性动态响应，便于通过双折射特性检测。

时间分辨磁光克尔效应（Tr-MOKE）实验显示：与CoFeB参考层相比，CoFeB/BiFeO3双层结构的退磁幅度显著增强（从约20%增至35%），且退磁后出现两个再磁化过程（特征时间约0.5 ps和6 ps），表明BiFeO3层引入了额外的超快耗散通道。铁磁共振（FMR）测量发现双层结构的磁阻尼增大，印证了通过反铁磁涨落实现的自旋角动量转移。通过调控探测光偏振和几何构型，在BiFeO3中检测到约0.6 THz的相干太赫兹振荡，其幅度与泵浦能量密度呈线性关系，排除了直接光激发的可能性，证实源于自旋转移力矩驱动的反铁磁动力学。原子自旋模拟表明，自旋力矩脉冲可诱导反铁磁螺旋产生共振振荡，与实验观测频率一致，且振荡幅度依赖于自旋力矩与螺旋平面的相对取向。

本研究填补了超快（皮秒尺度）自旋角动量向绝缘反铁磁体传递的空白，证实磁信息可通过反铁磁自旋波在皮秒尺度传播，为绝缘反铁磁体在太赫兹自旋电子学器件中的应用奠定了重要基础。