納米尺度上傳播的自旋波生成

 有望促進無耗散量子信息技術發展

英國蘭卡斯特大學和荷蘭拉德堡德大學研究人員生成了一種可在納米尺度上傳播的自旋波，并發現了一種調節和放大它們的新途徑。這一成果發表在新一期《自然》雜志上，有望促進無耗散量子信息技術發展。

傳統設備用電流工作會有能量損失，并向環境散熱。替代“有損”電流的一種方法是利用電子自旋而不是電荷，以波的形式存儲和處理信息。自旋可以看作是磁鐵的基本單位。被擾動后，自旋會脫離其平衡方向，圍繞其平衡位置進動（即旋轉）。在磁體中，相鄰的自旋耦合效應極強，形成凈磁化。由于這種耦合，自旋進動可以在磁性材料中傳播，從而產生自旋波。

研究人員解釋說，在相鄰自旋相互傾斜的材料中，旋轉頻率最高。為了激發如此快速的自旋動力，他們使用了持續時間不到萬億分之一秒的超快光脈沖（比自旋波周期還要短）。此外，在納米尺度上產生超快自旋波還需要高能光子。他們研究的材料對紫外線光子能量表現出極強的吸收能力，從而在材料表面非常薄的區域（距表面僅幾十納米）激發出太赫茲（即1萬億赫茲）頻率、亞微米波長的自旋波。

這種自旋波本質上是非線性的，這意味著不同頻率和波長的波可以相互轉換。在實驗中，研究人員還利用兩個強激光脈沖激發系統，首次在實踐中實現了這種互換。這一成果是自旋波研究領域的一個里程碑，有可能開辟一個全新的超快相干磁振子研究方向。

研究人員表示，自旋波是一種有吸引力的信息載體，由于它們不涉及電流，因此這類芯片不會有相關的能量損失。新發現對于未來基于自旋波的計算至關重要。