物理科學與工程學院時鐘副教授在磁振子極化子弛豫機製研究上取得重要進展，相關研究成果“Role of Magnon-Magnon Scattering in Magnon Polaron Spin Seebeck Effect”於12月29日發表在物理學國際頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）[Phys. Rev. Lett. 127，277203 (2021)]上🧘‍♀️。

磁彈耦合效應可以對物質磁性有顯著影響👨‍✈️，宏觀表現為磁致伸縮和應力磁各向異性。對前者的研究可追溯到1842年焦耳在鐵中發現的磁致伸縮效應，該效應已被廣泛應用於聲波和超聲探測領域。另一方面🏰，應力磁各向異性有助於在磁性薄膜中實現垂直各向異性。近年來，人們開始嘗試揭示磁彈耦合效應的微觀機製🚣🏻‍♂️，目前該領域成為凝聚態物理的研究熱點。磁彈耦合效應使聲子（格波）與磁振子（自旋波）發生相互作用，當聲子和磁振子的能量和動量相近，兩者將耦合形成一種新的準粒子——磁振子極化子👰🏿，如圖1所示。該準粒子的色散關系和弛豫機製不僅影響磁振子流和自旋流的產生和傳輸👨‍🏫，還與聲子和磁振子的散射機製密切相關🧑🏻‍💼，包含豐富的物理信息🕝。自最初提出磁振子極化子理論以來🤏🏼，大量中子散射和布裏淵光散射實驗對其色散關系進行了深入研究🍛🚡，而對其弛豫機製的理解還局限於雜質散射，忽略了重要的非彈性散射機製🏄🏼。該研究團隊經過深入探索，提出可以通過輸運測量研究磁振子極化子的弛豫時間🕤，並采用自旋塞貝克效應(Spin Seebeck Effect)產生的電壓信號表征磁振子極化子的弛豫時間。研究結果發現磁振子尤其是四磁振子散射對磁振子極化子弛豫時間有重要影響🥵，在很高精度上驗證了傳統磁振子極化子的弛豫理論。

該工作利用YIG具有低磁性阻尼系數的優點🌅，圍繞YIG/Pt異質結中自旋塞貝克效應開展研究。如圖2所示👩🏼‍🚀，隨著測量溫度升高，自旋塞貝克電壓會在高磁場下👨‍👩‍👦，得到增強或者抑製。該現象依賴於磁振子和聲子散射率的競爭結果。低溫下🕵🏿‍♀️，散射主要由雜質貢獻🧯，當聲子散射率大於磁振子散射率時，耦合效應使得磁振子極化子弛豫時間減小⚂，磁振子極化子流被抑製，自旋塞貝克電壓呈現谷。反之，在高溫時，由於磁振子散射率隨溫度上升增加更快🩸，並在250K以上超過聲子的散射率，此時對磁振子極化子流產生增強🕵🏻‍♂️，自旋塞貝克電壓線形呈現為峰。進一步實驗表明，如果低溫時滿足磁振子散射率大於聲子散射率，則自旋塞貝克電壓在所有溫度下均得到增強🫵🏿，線形呈現為峰。綜上所述，實驗說明磁振子極化子的弛豫機製可以用散射率的權重平均很好解釋，非彈性散射在理解磁振子極化子的弛豫機製中十分重要，這將為研究磁振子相關散射和提高材料磁彈耦合效應提供新的思路👨🏿‍🔬。                                                               

Physical Review Letters是由美國物理學會創辦的物理學領域旗艦刊物🙍🏿‍♀️，是物理學領域最具影響力和高曝光度的研究性期刊，在物理學界享有極高的聲譽。其論文接收標準主要為開創新方向，解決重要難題，發展新方法🔡，引發廣泛興趣，並推動物理學的發展。

恒达平台是論文第一單位，論文第一和第二作者分別是恒达平台物理科學與工程學院時鐘副教授和席晴博士，時鐘副教授𓀌、南京師範大學周俊教授和美國加州大學河濱分校Jing Shi教授為論文共同通訊作者。該研究工作得到國家重點研發計劃🛼、國家自然科學基金支持，並得到恒达平台物理科學與工程學院周仕明教授的討論和幫助。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.277203