二维磁铁中观察到磁振子自旋

据最新一期《自然》杂志报道，美国多家大学和橡树岭国家实验室的合作研究表明，磁性半导体溴化铬中的磁振子可与激子配对，激子准粒子会发光，从而为研究人员提供了一种 “看到”旋转准粒子的途径。

所有磁铁，从简单的冰箱贴到计算机中的内存磁盘、再到实验室研究使用的强磁体，都包含称为磁振子的旋转准粒子。一个磁振子旋转的方向可影响其“邻居”的方向，进而影响该“邻居”的自旋，依此类推产生自旋波。信息可通过自旋波比电更有效地传输，并且磁振子可充当“量子互连”，将量子比特“粘合”到强大的计算机中。

如果没有庞大的实验室设备，磁振子通常很难被发现。然而，使用合适的材料可使观测磁振子变得更简单：一种称为溴化铬的磁性半导体，可剥离成原子薄的二维层。

当用光扰动磁振子时，研究人员观察到激子在近红外范围内的振荡，这几乎是肉眼可见的。这是研究人员第一次看到具有简单光学效应的磁振子。

研究人员称，这一结果可被视作量子转导，也就是将一个“量子”能量转换为另一个能量。激子的能量比磁振子大4个数量级，因为它们如此紧密地配对在一起，研究人员可很容易地观察到磁振子的微小变化。这种转导有助于建立量子信息网络，该网络需要从彼此相距几毫米的基于自旋的量子比特中获取信息，并将其转换为光，这是一种可通过光纤将信息传输到数百公里外的能量形式。

研究表明，相干时间（振荡可以持续多长时间）也很显著，比实验的5纳秒限制要长得多。即使溴化铬器件仅由两个原子薄层制成，这种现象也可传播超过7微米并持续存在，从而提高了构建纳米级自旋电子器件的可能性。这些设备将来有望成为当今电子产品的更有效替代。与电流中的电子在行进时遇到阻力不同，实际上没有粒子在自旋波中移动。