傳統(tǒng)設(shè)備用電流工作會(huì)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(chǔ)和處理信息。自旋可以看作是磁鐵的基本單位。被擾動(dòng)后,自旋會(huì)脫離其平衡方向,圍繞其平衡位置進(jìn)動(dòng)(即旋轉(zhuǎn))。在磁體中,相鄰的自旋耦合效應(yīng)極強(qiáng),形成凈磁化。由于這種耦合,自旋進(jìn)動(dòng)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(dòng)力,他們使用了持續(xù)時(shí)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(duì)紫外線光子能量表現(xiàn)出極強(qiáng)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(zhǎng)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(zhǎng)的波可以相互轉(zhuǎn)換。在實(shí)驗(yàn)中,研究人員還利用兩個(gè)強(qiáng)激光脈沖激發(fā)系統(tǒng),首次在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了這種互換。這一成果是自旋波研究領(lǐng)域的一個(gè)里程碑,有可能開辟一個(gè)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(huì)有相關(guān)的能量損失。新發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來基于自旋波的計(jì)算至關(guān)重要。