纳米尺度上传播的自旋波生成

 有望促进无耗散量子信息技术发展

英国兰卡斯特大学和荷兰拉德堡德大学研究人员生成了一种可在纳米尺度上传播的自旋波，并发现了一种调节和放大它们的新途径。这一成果发表在新一期《自然》杂志上，有望促进无耗散量子信息技术发展。

传统设备用电流工作会有能量损失，并向环境散热。替代“有损”电流的一种方法是利用电子自旋而不是电荷，以波的形式存储和处理信息。自旋可以看作是磁铁的基本单位。被扰动后，自旋会脱离其平衡方向，围绕其平衡位置进动（即旋转）。在磁体中，相邻的自旋耦合效应极强，形成净磁化。由于这种耦合，自旋进动可以在磁性材料中传播，从而产生自旋波。

研究人员解释说，在相邻自旋相互倾斜的材料中，旋转频率最高。为了激发如此快速的自旋动力，他们使用了持续时间不到万亿分之一秒的超快光脉冲（比自旋波周期还要短）。此外，在纳米尺度上产生超快自旋波还需要高能光子。他们研究的材料对紫外线光子能量表现出极强的吸收能力，从而在材料表面非常薄的区域（距表面仅几十纳米）激发出太赫兹（即1万亿赫兹）频率、亚微米波长的自旋波。

这种自旋波本质上是非线性的，这意味着不同频率和波长的波可以相互转换。在实验中，研究人员还利用两个强激光脉冲激发系统，首次在实践中实现了这种互换。这一成果是自旋波研究领域的一个里程碑，有可能开辟一个全新的超快相干磁振子研究方向。

研究人员表示，自旋波是一种有吸引力的信息载体，由于它们不涉及电流，因此这类芯片不会有相关的能量损失。新发现对于未来基于自旋波的计算至关重要。