亚铁磁磁振子反常寿命反转，MOKE 显微镜助力自旋研究
NUS & KAIST团队揭示磁振子“反常寿命反转”，托托科技Kerr显微镜助力自旋新发现
近日，新加坡国立大学电子与计算机工程系Hyunsoo Yang教授团队联合韩国科学技术院物理系Kyung-Jin Lee教授团队，在自旋电子学领域取得最新进展，该研究成果以“Inversion of magnon lifetime of ferromagnetic and exchange resonance modes in ferrimagnets”为题发表在《Nature Communications》上。
该研究系统探索了亚铁磁材料CoGd中两种本征自旋共振模式——铁磁共振（FMR）模式和交换共振（EXR）模式的磁振子寿命行为。首次实验发现，在角动量补偿点附近，高频的交换共振模式反而展现出比低频铁磁共振模式更长的磁振子寿命，打破了“频率越高、寿命越短”的传统认知。
在这一突破性研究中，托托科技（TuoTuo Technology）的磁光克尔显微镜为磁性薄膜的磁滞回线表征提供了关键测量支持，为确定材料的磁化补偿点与角动量补偿点奠定了实验基础。
研究背景：高频与长寿命的矛盾
在阻尼谐振子体系中，频率与寿命通常呈反比关系。这一规律同样适用于磁化振荡体系：反铁磁体虽具有更高的共振频率，但其磁振子寿命远短于铁磁体，限制了其在高速、低功耗自旋器件中的应用。
亚铁磁材料兼具铁磁与反铁磁特性，存在两种本征共振模式：低频的铁磁共振模式（GHz量级）与高频的交换共振模式（亚THz量级）。交换共振模式因频率更高，理论上更适用于高速信息处理。然而，按照传统认知，其寿命应远短于铁磁共振模式，这成为制约其应用的核心瓶颈。
技术创新：打破频率-寿命反比关系
研究团队以典型亚铁磁材料CoGd为研究对象，通过调节组分与温度，精确调控磁化补偿点与角动量补偿点。结合准静态磁光克尔（MOKE）磁滞回线和时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）光谱，同时探测交换共振与铁磁共振两种模式的动力学行为。
图. 时间分辨磁光克尔效应测量亚铁磁磁振子动力学的实验示意图和实验结果通过温度调控接近角动量补偿点（225 K），研究人员观察到关键现象：高频交换共振模式的寿命逐渐增长，并最终超过低频铁磁共振模式，两条寿命曲线发生交叉。
从物理机制上看，亚铁磁具有不同阻尼常数的子晶格，且在不同模式中阻尼项的合成方式不同。在铁磁共振模式中，阻尼效应同向叠加，因此整体耗散增强，寿命缩短。而在交换共振模式中，由不同阻尼常数导致的阻尼贡献会发生抵消，从而降低有效阻尼，最终导致寿命反转。
该工作揭示了在单一材料体系中同时实现高频与长寿命磁振子的全新机制，为突破传统自旋动力学限制提供了重要思路。通过调控亚铁磁补偿点附近的动力学特性，有望为高速、低功耗自旋电子器件以及磁振子信息传输技术带来新的发展路径。
实验验证：托托科技Kerr显微镜的关键贡献
为了准确确定不同组分CoGd薄膜的磁化补偿点与角动量补偿点，研究团队对多个样品进行了磁滞回线表征。实验采用托托科技的磁光克尔显微镜进行极向磁光克尔效应（polar MOKE）测量，结合振动样品磁强计（VSM）数据，成功提取了饱和磁化强度与矫顽力随组分的变化曲线。
图. CoGd亚铁磁薄膜补偿点附近的磁学性质表：Ms，Hc，R_AHE基于磁光克尔显微镜获得的矫顽力峰值与磁化强度最小值，研究团队精确锁定了CoGd薄膜在室温下的磁化补偿点（组分Gd ~25%），角动量补偿点（组分Gd ~23%）。这一部分数据为后续TR-MOKE动力学测量提供了关键的前提条件。
托托科技磁光克尔显微镜：精准表征磁性薄膜
托托科技的磁光克尔显微镜专为磁性薄膜与自旋电子学材料设计，设备搭载专利Digital Oblique®光学系统，倾斜角度的控制精度更可达到0.03°，无需手动调控，可完成全自动系统优化，测量重复性极佳。可探测低至2nm面内薄膜信号和1个原子层厚度的垂直各向异性薄膜。另外，设备具备优于0.5μm的显微磁畴空间分辨率，能清晰分辨纳米畴壁与磁畴阵列。设备同时支持直流、脉冲、微波及光驱动等多激励源，并能同步观测磁畴动态，一站式实现电、磁、光信号的关联采集与分析。
DOI: 10.1038/s41467-026-69453-6
