DM相互作用

DM相互作用（Dzyaloshinsky-Moriya interaction，DMI）是由蘇聯物理學家加洛辛斯基（I. Dzyaloshinsky）於1958年提出，並由貝爾實驗室的守谷亨（T. Moriya）於1960年實驗驗證的自旋磁矩之間的一種磁學相互作用。

基本介紹

• 中文名：DM相互作用
• 外文名：Dzyaloshinsky-Moriya interaction
• 所屬學科：物理、磁學

定義

DM相互作用最早用於解釋大部分反鐵磁晶體中的弱鐵磁磁性的根源。在反鐵磁體，如α-Fe2O3中，其自由能中有一項貢獻為：

這一項能量貢獻是在舊的各向異性超交換作用中考慮自旋軌道耦合之後，雙線性自旋-自旋相互作用中的一個反對稱部分。其一般形式為：

原理

為了使體系的能量最低，一般的磁性材料通常具有鐵磁性或反鐵磁性，在這些材料中磁矩成平行或反平行排列，磁矩之間的相互作用稱為鐵磁交換作用或海森堡交換作用，其相互作用能表達形式為：

式中J是鐵磁交換作用常數，S_i和S_j是兩個相鄰的自旋磁矩。當J為正時，自旋磁矩平行，材料具有鐵磁性；當J為負時，自旋磁矩反平行，材料具有反鐵磁性。

在DM相互作用中，自旋磁矩既不平行也不反平行。由於表達式中的叉乘，DM相互作用總是使相鄰的磁矩趨於相互垂直。

特點

DM相互作用使得反鐵磁的實際磁結構傾向於具有一個小的鐵磁分量的傾斜反鐵磁，對於某些低對稱晶體中自旋體系具有非對稱性貢獻。

反鐵磁材料中具有的DM相互作用，與鐵磁交換作用競爭，使得磁矩不再是平行或者反平行，而會趨於形成一定的夾角。因此，反鐵磁材料α-Fe2O3具有微弱的鐵磁性。

套用

DM相互作用可以解釋磁學體系中諸多現象，如自旋玻璃中的各向異性場、多鐵性材料中的磁電耦合、自旋波的非對稱色散關係、非共線磁結構等。

由DM相互作用實現的螺旋序、斯格明子等磁學結構受到自旋電子學等領域的廣泛關注，有望在存儲器件、邏輯器件、感測器件等新一代、高性能信息器件之中發揮重要作用。