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磁子电子学新突破,可用于芯片和雷达的光诱导磁子态

2023-03-13 14:12:49 综合报道 阅读:
日前,据上海科技大学官网消息,上海科技大学物质科学与技术学院陆卫教授课题组在光子-磁子相互作用及强耦合调控方向取得重要进展。研究团队首次在铁磁绝缘体单晶中发现了一种全新的磁共振,命名为光诱导磁子态(pump-induced magnon mode, PIM)。

日前,据上海科技大学官网消息,上海科技大学物质科学与技术学院陆卫教授课题组在光子-磁子相互作用及强耦合调控方向取得重要进展。研究团队首次在铁磁绝缘体单晶中发现了一种全新的磁共振,命名为光诱导磁子态(pump-induced magnon mode, PIM)。该成果以《一种与沃克模式强相互作用的光诱导磁子态》(Unveiling a Pump-Induced Magnon Mode via Its Strong Interaction with Walker Modes)为题发表在物理学领域旗舰期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。据称,此项发现为磁子电子学和量子磁学的研究打开了全新的维度。ORGednc

随着人类社会逐渐步入后摩尔时代,一味降低芯片制程受到了“极限挑战”。处理器性能翻倍的时间延长,“狂飙”的发展势头遇到了技术瓶颈。在市场需求驱动下,人们迫切需要“新鲜血液”的注入,来激活低功耗、高集成化、高信息密度信息处理载体的出路。ORGednc

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磁子态是电子自旋应用中的核心概念,它是磁性材料中的自旋集体激发。它不仅可以高效传递自旋流,还可以与不同的物理体系,例如声子、光子、电子等,发生相互作用,进而重塑材料的声光电磁等物性。此外,磁子还可以与超导量子比特相互作用,在量子信息技术中发挥重要作用。正是由于这些性质与应用潜力,近年来关于磁子的研究引起国际学界的高度关注,磁子电子学、量子磁电子学等新兴领域相继诞生。ORGednc

而铁磁绝缘体单晶球中的磁子态,最早于1956年由美国物理学家Robert L. White和Irvin H. Slot Jr.在实验中发现。根据他们的实验结果,同一年L. R. Walker给出了磁性块体空间受限磁子态的数学描述,称为Walker modes。在随后长达70年中,块体磁性材料中研究的磁子态几乎都属于Walker modes范畴。陆卫教授团队的发现突破了这一范畴,发掘了新的磁子态。ORGednc

该研究团队发现,在低磁场下,铁磁绝缘体单晶球在受到强微波激励时,内部的非饱和自旋会获得一定的协同性,产生一个与微波激励信号同频率振荡的自旋波(如图(a)),该自旋波可被命名为“光诱导磁子态”。光诱导磁子态如同一种“暗”态,无法按传统探测方法直接观测,但可通过其与Walker modes强耦合产生的能级劈裂被间接观察到(图(b)),并且能被激励微波调控,当改变激励微波的功率时,耦合劈裂的大小会按照功率四分之一次方的关系变化(图(c))。同时,光诱导磁子态还具有丰富的非线性,这种非线性会产生一种新型磁子频率梳(图(d)),相较于微波谐振电路中产生的频率梳,这一绝缘体中产生的新型频率梳不存在电子噪声,因此有望在信息技术中实现超低噪声的信号转换。ORGednc

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图(a)光诱导磁子态原理示意图,(b)光诱导磁子态的强耦合色散图,(c)强耦合劈裂随微波激励功率的幂次关系,(d)光诱导磁子非线性效应引发的纯磁子频率梳ORGednc

据团队负责人陆卫教授介绍:“频率梳就像是一把游标卡尺,能够精准的测量频谱上的风吹草动。利用这个原理,光频梳在原子钟、超灵敏探测中展现了令人惊叹的精度。我们发现的频率梳在微波频段,这是雷达、通讯、信息无线传输使用的频段,可以预测我们的频率梳必然能在这些领域中发挥作用。”ORGednc

随着人类社会逐渐步入后摩尔时代,一味降低芯片制程受到了“极限挑战”。处理器性能翻倍的时间延长,“狂飙”的发展势头遇到了技术瓶颈。在市场需求驱动下,人们迫切需要“新鲜血液”的注入,来激活低功耗、高集成化、高信息密度信息处理载体的出路。ORGednc

3月30日,AspenCore将在上海举办国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2023),同期举办的“EDA/IP 与 IC 设计论坛”,为大家提供一个高效交流的互动平台,欢迎感兴趣的朋友到场交流。点击这里或扫码报名:ORGednc

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