突破!中国科学家发现新磁子态,或可用于芯片和雷达

3月10日,上海科技大学官网发布消息称,上海科技大学物质科学与技术学院陆卫教授课题组近日在光子-磁子相互作用及强耦合调控方向取得重要进展。研究团队首次在铁磁绝缘体单晶中发现了一种全新的磁共振,命名为

光诱导磁子态

(pump-induced magnon mode, PIM)。此项发现为磁子电子学和量子磁学的研究打开了全新的维度。

该成果发表在物理学领域旗舰期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

论文的标题是《一种与沃克模式强相互作用的光诱导磁子态》(Unveiling a Pump-Induced Magnon Mode via Its Strong Interaction with Walker Modes)。

上述消息称,陆卫教授团队的发现,突破了“垄断”该领域

长达60多年

的“Walker modes”这一范畴,发掘了

新的磁子态

,或可在雷达、通讯、信息无线传输等领域使用。

新的磁子态

1956年,美国新泽西州贝尔电话实验室的工作人员沃克(L. R. Walker)撰写论文,给出了磁性块体空间受限磁子态的数学描述,随后其论文发表,这一磁子态被称为Walker modes。在随后的60多年中,块体磁性材料中研究的磁子态几乎都属于Walker modes范畴。

电子科技大学物理学院,、电子薄膜与集成器件国家重点实验室严鹏教授等人2023年发表在中文学术期刊《物理学报》上的综述文章《磁子学中的拓扑物态与量子效应》一文介绍,量子化的自旋波称为磁子(magnon)。

而自旋波(spin wave)是磁性体系中自旋进动的集体激发态,最早由物理学家布洛赫(Bloch, 1952 年诺贝尔物理学奖获得者)于1930年提出,用来解释铁磁体自发磁化强度随温度变化的重要规律,随后在1957年被物理学家布罗克豪斯(Brockhouse, 1994年诺贝尔物理学奖获得者)采用非弹性中子散射实验所证实。

自旋波的波长可以小到几个纳米, 能够提高信息的存储密度, 有利于磁子器件的微型化和高集成度。而且,自旋波的传输不涉及电子的运动, 既可以在磁性金属中传播, 也可以在磁性绝缘体中传播, 避免了由于焦耳热产生的功耗。

每个磁子携带一个约化普朗克常量的自旋角动量,因此,磁子也可以像电子一样承载和传递自旋信息。磁子学的主要目的就是将信息载体替换为自旋波, 通过自旋波来进行信息传输和逻辑计算。此前的信息载体是电子的电荷或自旋属性。

上海科技大学上述消息称,磁子态是电子自旋应用中的核心概念,它是磁性材料中的自旋集体激发。宏观磁性的起源主要是材料中未配对的电子。电子有两个众所周知的基本属性:电荷与自旋。前者是所有电子器件操控的对象。而自旋,尤其是磁性绝缘体中的自旋,能够完全避免传导电子的欧姆损失,充分发挥自旋长寿命、低耗散的优势,因此对于开发自旋电子学器件意义重大。磁子还可以与超导量子比特相互作用,在量子信息技术中发挥重要作用。

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