对直径为0.5微米的磁盘的磁性模拟，可以看到动态磁化强度的空间分布：坡莫合金（左），钴和镍（右）。
（图片来源：B. Divinskiy等人，《自然·通讯》）
更小、更快、更高效，作为电子器件研发者努力的目标已经很多年了。例如，为使移动电话或计算机的单个组件小型化，目前，磁波被视为传统数据传输方式即电流的优良替代者。随着芯片越来越小，电子数据传输在某个时刻将达到极限，因为相距很近的电子会释放大量热量，这就会导致物理过程的中断。
相反，高频磁波即使在最小的纳米结构中也可以传播，进而输送和处理信息。这种应用的物理基础是磁性材料中所谓的电子自旋，其可以被简化为电子绕自身轴的旋转。然而，由于存在阻尼作用，自旋波会衰减，目前，微电子学中的自旋波只得到了有限的应用。
如今，来自德国明斯特大学（University of Münster）的物理学家开发了一种消除不想要的阻尼的新方法，从而使自旋波更容易被利用。“我们的结果展现了一种应用高效自旋驱动元件的新方法，”该研究的主导、应用物理研究所Demokritov研究小组的Vladislav Demidov博士说道。这种新方法或许不仅与未来微电子学的发展密切相关，还可能对量子技术和新型计算机处理的进一步研究产生影响。该研究发表在《自然·通讯》杂志上。
实验设计图。由镍铁高导磁率合金或钴和镍制成的薄磁板（蓝色）位于一层薄的铂上（浅褐色）。磁各向异性出现在材料的交界面上。这种效应被激光测量（绿色；布里渊散射光谱）。 （图片来源：B. Divinskiy等人，《自然·通讯》）
背景与方法
磁振子学（Magnonics）是科学家研究磁性材料中的电子自旋和自旋波的领域的名字。这个名称来源于磁性粒子，称为磁振子（magnons），对应于自旋波。
电子补偿自旋波的干扰阻尼的最好方法，是在前些年被发现的自旋霍尔效应（spin Hall effect）。自旋流中的电子会因其自旋方向而发生横向偏转，这使得在磁性纳米器件中有效地产生和控制自旋波成为可能。然而，振荡中的非线性效应会导致自旋霍尔效应在实际应用中不能正常工作，这也是为什么科学家仍未实现无阻尼自旋波的原因之一。
在他们的实验中，科学家将由坡莫合金或钴和镍制成的仅几纳米厚的磁盘置于一层薄的铂上。所谓的磁各向异性出现在不同材料的交界面上，也就是说磁化发生在给定方向。通过平衡不同层上的各向异性，研究者可以有效地抑制不利的非线性阻尼，并因此获得相干的自旋波，也就是具有相同的频率和波形故具有固定相位差的波。这使得科学家可以在磁体系统实现完全阻尼补偿，允许波在空间上传播。
科学家希望他们的新方法可以对磁振子学和自旋电子学的未来发展产生深远影响。“我们的发现为实现自旋霍尔振荡器开辟了一条道路，这种振荡器能够产生技术上达到实用价值级别的功率且相干的微波信号，”该研究的第一作者、明斯特大学非线性磁动力学研究所（Institute for Nonlinear Magnetic Dynamics）的博士生Boris Divinskiy强调道。
翻译：任雨涵
审校：戴晨
引进来源：明斯特大学
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