通过光引发和非线性调控晶格振动是研究非平衡态量子质料物理性子的强有力要领。。。。。相关声子-声子相互作用以及其他类型整体模式之间的非线性耦合，，，为设计固体的动态性能提供了更多可能。。。。。例如，，，磁振子能够以极小的能量耗散携带信息，，，其相关和非线性调控将为自旋电子学和磁振子学实现基于整体模式的信息处置惩罚和存储提供一种有用的途径。。。。。
克日，，，威廉希尔理学院曹世勋教授团队联合美国麻省理工学院、德克萨斯大学奥斯汀分校、加州大学洛杉矶分校等物理学家和化学家组成的国际研究团队，，，在稀土正铁氧体ErFeO3单晶中取得了最新的研究突破。。。。。研究职员发明，，，在ErFeO3单晶中强太赫兹场可以驱动由磁共振介导的磁振子上转换历程。。。。。使用二维太赫兹偏振法，，，研究职员展现了倾角反铁磁体差别磁振子模之间耦合的单向性子。。。。。自旋动力学的盘算进一步批注这种耦合关于倾斜磁矩的反铁磁体（RFeO3）具有普遍性，，，为相关领域的未来研究提供了坚实的理论基础。。。。。2024年01月23日，，，研究效果 “Terahertz field-driven magnon upconversion in an antiferromagnet”在线揭晓在《Nature Physics》上。。。。。
本论文事情围绕威廉希尔理学院团队的高质量稀土正铁氧体ErFeO3单晶样品睁开，，，曹世勋教授为配合通讯作者，，，博士后马小璇和任伟教授为配合相助者，，，威廉希尔理学院物理系、质料基因组工程研究院和威廉希尔量子与分子结构国际中心为配合通讯单位。。。。。作为该项国际相助研究课题的焦点质料，，，威廉希尔团队致力于高质量ErFeO3单晶样品的制备和准确定向切割与磁性表征。。。。。本论文以(010)切向的ErFeO3单晶为主体，，，首先接纳太赫兹偏振法研究室温下的驱动磁振子响应（图1）。。。。。由单脉冲探测要领丈量驱动模式下的太赫兹诱导的自由感应衰减（FID）信号，，，实现了对磁振子对称的周全明确。。。。。为了进一步区分共振引发和非线性上转换历程，，，举行二维太赫兹相关光谱丈量（图2），，，通过施加第二个时滞太赫兹脉冲，，，纪录时域太赫兹场发射，，，提取两个脉冲爆发的非线性太赫兹信号，，，并举行二维傅里叶变换，，，获得非线性磁响应的频率-频率关联图。。。。。在笔直构型中检测到的2D THz谱显示出一个很强的交织峰，，，引发频率和发射频率划分对应于准铁磁模式（qFM）和准反铁磁模式（qAFM）的磁振子模式。。。。。峰值振幅是泵浦磁场的平方，，，明确地展现了非线性上转换历程：只有当qFM磁振子模式被引发时，，，才允许发射qAFM磁振子模式。。。。。
基于非线性自旋动力学的研究展现磁振子上转换征象并非仅限于ErFeO3，，，在其他具有自觉或外部诱导的倾角反铁磁有序的正铁氧体中同样可以视察。。。。。这一突破性发明预示着在许多其他磁有序系统中，，，包括多铁性子料、原子级薄层反铁磁体和耦合FM/AFM异质结构等，，，都可能泛起在差别磁振子模式之间诱导相关转移的征象。。。。。这一看法的普遍适用性将推动自旋电子学和磁振子学领域进入超快非线性领域的前沿。。。。。该研究为探索磁性量子质料在非平衡状态下的性子调控开发了新的途径，，，为未来的量子科学手艺和应用提供了有力的支持。。。。。
图1：室温下太赫兹场驱动ErFeO3的磁振子响应和太赫兹偏振丈量。。。。。
图2：室温下磁振子上转换信号的二维太赫兹光谱图。。。。。
在Nature Physics上揭晓的本研究效果，，，是曹世勋教授团队继2018年在Science上揭晓国际相助研究论文“Observation of Dicke cooperativity in magnetic interactions”、2021年5月、2022年1月、2022年10月相继在《Nature Communications》上揭晓三篇高质量国际相助研究论文“Ultrastrong magnon–magnon coupling dominated by antiresonant interactions”、“Emerging spin–phonon coupling through cross-talk of two magnetic sublattices”与 “Anisotropic long-range spin transport in canted antiferromagnetic orthoferrite YFeO3”之后再次登上国际著名期刊。。。。。
本事情获得上海市科学手艺委员会“科技立异行动妄想”项目（No.21JC1402600）和国家自然科学基金项目（NSFC, Nos.12074242, 12374116, 12074241）等支持。。。。。
相关论文链接：
2024年01月，，，Nature Physics, https://rdcu.be/dwIcZ 或 https://doi.org/10.1038/s41567-023-02350-7
2022年10月，，，Nature Communications, 13, 6140 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33520-5
2022年01月，，，Nature Communications, 13, 443 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27267-8
2021年05月，，，Nature Communications, 12, 3115 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23159-z
2018年08月，，，Science, 361 (6404), 794-797. http://science.sciencemag.org/content/361/6404/794
