Low Temperature Physics: 46, 820 (2020); https://doi.org/10.1063/10.0001548
Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 8 (Август 2020), c. 971-975    ( к оглавлению , назад )

Aharonov–Casher effect and electric field control of magnetization dynamics

V.N. Krivoruchko

Donetsk Institute for Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv 03028, Ukraine
E-mail: krivoruc@gmail.com

Received February 14, 2020, published online June 22, 2020

Abstract

A spin wave (SW) propagating in an external electric field acquires an extra phase, the so-called Aharonov–Casher phase. To linear order, that is equivalent the SW frequency shift linear in both the applied electric field and the wave vector of SW’s and can be described by adding effective Dzyaloshinskii–Moriya-like interaction between spins. This effect is a promising way to control and manipulate magnetization precession dynamics by electric field and opens up a new way of SWs steering in magnonic devices. The goal of the report is to emphasize a fundamental physical difference in the nature of external electric field effect through the Aharonov–Casher phase shift and of a voltage control of magnetic anisotropy (VCMA). In the context of an experimental performance, we deal with almost identical experimental conditions. Yet, from the quantum physics point of view, we deal with different effects and this is important to understand the experimental results. In the case of the Aharonov–Casher phase shift it is a global nonlocal (topological) effect and in the case of VCMA it is the influence on a system’s local (Landau) magnetic parameters (e.g., magnetic anisotropy).

Анотація

Спінова хвиля (SW), що поширюється у зовнішньому електричному полі, набуває додаткову фазу, так звану фазу Ааронова–Кашера. У лінійному наближенні зсув частоти є лінійним як від прикладеного електричного поля, так і від хвильового вектора SW, та може бути описаний додаванням ефективної взаємодії між спінами типу Дзялошинського–Морія. Цей ефект є перспективним способом контролю та керування динамікою прецесії намагніченості електричним полем і відкриває новий засіб управління SW в пристроях магноніки. Акцентовано фундаментальну фізичну відмінність у характері впливу зовнішнього електричного поля за допомогою фазового зсуву Ааронова–Кашера та контролю магнітної анізотропії різницею потенціалів (VCMA). З експериментальної точки зору — це майже однакові експериментальні умови, проте з позицій квантової фізики маємо справу з різними ефектами. У випадку фазового зсуву Ааронова–Кашера це глобальний нелокальний (топологічний) ефект, у випадку VCMA — вплив на локальні (відповідно Ландау) магнітні параметри системи (наприклад, магнітну анізотропію).

Key words: magnonics, the Aharonov–Casher phase, magnetic topological effects.