兰卡斯特大学和奈梅亨拉德堡德大学的研究人员成功生成了纳米级的传播自旋波，并发现了一种调节和放大它们的新途径。

他们的发现发表在《自然》杂志上，可能为无耗散量子信息技术的发展铺平道路。由于自旋波不涉及电流，这些芯片将不会产生相关的能量损失。

随着人工智能的迅速普及，人们对快速、节能的计算设备的需求也日益增长，并需要采用新的方式来存储和处理信息。传统设备中的电流会造成能量损失，并导致环境变热。

替代“有损”电流的一种方法是以波的形式存储和处理信息，利用电子的自旋而不是电荷。这些自旋可以看作是磁体的基本单位。

兰卡斯特大学的首席作者罗斯季斯拉夫·米哈伊洛夫斯基博士表示：“我们的发现对于未来基于自旋波的计算至关重要。自旋波是一种有吸引力的信息载体，因为它们不涉及电流，因此不会受到电阻损耗的影响。”

多年来，人们已经知道自旋可以脱离其平衡方向。经过这种扰动后，自旋开始围绕其平衡位置进动(即旋转)。在磁体中，相邻的自旋极强耦合，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，产生自旋波。

“观察纳米级相干传播磁振子的非线性转换是任何基于磁振子的实际数据处理的先决条件，十多年来，世界各地的许多团体一直在寻求这种转换。因此，我们的实验是自旋波研究的一个里程碑，它有可能开辟一个全新的超快相干磁振子研究方向，着眼于无耗散量子信息技术的发展。”

研究人员利用了这样一个事实：在相邻自旋彼此倾斜的材料中可以找到自旋旋转的最高频率。

为了激发如此快速的自旋动力学，他们使用了非常短的光脉冲，其持续时间比自旋波的周期短，即不到万亿分之一秒。在纳米尺度上产生超快自旋波的诀窍在于光脉冲的光子能量。

研究材料对紫外(UV)光子能量表现出极强的吸收，将激发局域化在距界面仅几十纳米的非常薄的区域内，从而允许具有太赫兹(一万亿赫兹)频率和亚微米波长的自旋波出现。

这种自旋波的动力学本质上是非线性的，这意味着不同频率和波长的波可以相互转换。

研究人员现在首次在实践中实现了这种可能性。他们通过用两个强激光脉冲(间隔很短的时间延迟)来激发系统，而不是只用一个。

第一作者、兰卡斯特大学前博士生RubenLeenders表示：“在典型的单脉冲激发实验中，我们只是期望两个自旋波会像任何波一样相互干扰。然而，通过改变两个脉冲之间的时间延迟，我们发现这两个波的叠加并不成立。”

研究团队通过考虑已经激发的自旋波与第二个光脉冲的耦合来解释这些观察结果。这种耦合的结果是，当自旋已经旋转时，第二个光脉冲会给自旋带来额外的推动力。

冲击的强度和方向取决于第二个光脉冲到达时自旋的偏转状态。这种机制允许控制自旋波的属性，例如其振幅和相位，只需选择激发之间的适当时间延迟即可。

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