英國蘭卡斯特大學(xué)和荷蘭拉德堡德大學(xué)研究人員生成了一種可在納米尺度上傳播的自旋波，并發(fā)現(xiàn)了一種調(diào)節(jié)和放大它們的新途徑。這一成果發(fā)表在新一期《自然》雜志上，有望促進無耗散量子信息技術(shù)發(fā)展。

　　傳統(tǒng)設(shè)備用電流工作會有能量損失，并向環(huán)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(zhuǎn))。在磁體中，相鄰的自旋耦合效應(yīng)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(chǎn)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(zhuǎn)頻率最高。為了激發(fā)如此快速的自旋動力，他們使用了持續(xù)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(chǎn)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(xiàn)出極強的吸收能力，從而在材料表面非常薄的區(qū)域(距表面僅幾十納米)激發(fā)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(zhì)上是非線性的，這意味著不同頻率和波長的波可以相互轉(zhuǎn)換。在實驗中，研究人員還利用兩個強激光脈沖激發(fā)系統(tǒng)，首次在實踐中實現(xiàn)了這種互換。這一成果是自旋波研究領(lǐng)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(guān)的能量損失。新發(fā)現(xiàn)對于未來基于自旋波的計算至關(guān)重要。