科学家们利用电脉冲将磁信息转化为偏振光信号，这一发现可能会彻底改变长距离光通信，包括地球和火星之间的光通信。

《自然》杂志发表的一项研究描述了这一突破，涉及自旋电子学领域，旨在操纵电子自旋以存储和处理信息。

研究人员应用电脉冲将这种自旋信息从电子转移到光子(构成光的粒子)，从而使信息能够以极快的速度传输很远的距离。他们的方法满足三个关键标准——在室温下运行、不需要磁场和电气控制能力——并为包括超快通信和量子技术在内的一系列应用打开了大门。

该研究的合著者、纽约州立大学杰出物理学教授IgorŽutić表示：“几十年来，我们一直梦想并预测超越磁阻和存储信息的室温自旋电子器件。随着这个团队的发现，我们的梦想变成了现实。”在布法罗。

这项研究由让·拉穆尔研究所领导，该研究所是法国国家科学研究中心(CNRS)和洛林大学的联合单位。其他贡献者来自法国、德国、日本、中国和美国的大学和研究机构。

自旋电子器件可以取代传统电子器件

自旋电子学已成功应用于磁性计算机硬盘驱动器，信息由电子自旋及其代表的磁化方向来表示。

铁磁体(例如铁或钴)具有数量不等的电子，其自旋方向要么沿着磁化轴，要么与磁化轴相反。自旋沿磁化方向的电子平稳地穿过铁磁体，而具有相反自旋方向的电子则被弹跳。这代表二进制信息，0和1。

由此产生的电阻变化是自旋电子器件的关键原理，其磁状态(可以被视为存储的信息)会无限期地保持。正如冰箱磁铁不需要电力就能粘在门上一样，自旋电子设备所需的电力比传统电子设备少得多。

然而，就像把鱼从水中取出一样，当电子从铁磁体中取出时，自旋信息很快就会丢失，并且无法传播很远。这一主要限制可以通过利用光的圆偏振(也称为螺旋性)作为另一种自旋载流子来克服。

正如几个世纪前人类使用信鸽将书面通信传输得比步行更远、更快一样，诀窍是将电子自旋转移到照片，即光量子。

Spin-LED满足三个标准

自旋轨道耦合的存在也导致了铁磁体外部自旋信息的丢失，使得这种传输成为可能。关键的缺失环节是电调制磁化强度，从而改变发射光的螺旋度。

“自旋LED的概念最初是在上世纪末提出的。然而，要过渡到实际应用，它必须满足三个关键标准：在室温下工作、不需要磁场以及能够电气控制，”该研究的通讯作者、法国国家科学研究中心让·拉穆尔研究所的高级研究员袁路说。

“经过在这一领域超过15年的专注工作，我们的协作团队已成功克服了所有障碍。”

研究人员利用自旋轨道扭矩通过电脉冲成功地切换了自旋注入器的磁化强度。电子的自旋迅速转换为发射光子的螺旋度中包含的信息，从而实现磁化动力学与光子技术的无缝集成。

这种电控自旋光子转换现已在发光二极管的电致发光中实现。未来，通过半导体激光二极管(即所谓的自旋激光器)的实现，这种高效的信息编码可以为行星际距离上的快速通信铺平道路，因为光的偏振可以在空间传播中守恒，从而有可能使其成为地球和火星之间最快的通信方式。

它还将极大有利于地球上各种先进技术的发展，例如光量子通信和计算、人工智能的神经拟态计算、用于数据中心或光保真(LiFi)应用的超快高效光发射器。

“自旋轨道扭矩自旋注入器的实现是决定性的一步，它将极大地促进下一代光通信和量子技术的超快和节能自旋激光器的开发，”合著者、教授尼尔斯·格哈特说。波鸿鲁尔大学光子学和太赫兹技术系主任。

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