研究人员发现了用极端红外光激发自旋波的新方法

德克萨斯大学奥斯汀分校和麻省理工学院的研究人员开发了一种开创性的方法，可以使用定制的光脉冲精确操纵这些超快自旋波。他们的研究结果在《自然物理学》的两项研究中得到了详细介绍，该研究由麻省理工学院研究生Zhuquan Zhang，德克萨斯大学奥斯汀分校博士后研究员Frank Gao，麻省理工学院化学教授Keith Nelson和德克萨斯大学奥斯汀分校物理学助理教授Edoardo Baldini领导。

互联网和云计算是智能手机、互联网和云计算的一个关键组成部分，是用于存储和检索大量信息的磁性数据记录技术。该技术取决于对铁磁材料中磁自旋态的操纵，代表二进制位“0”和“1”。这些自旋是微小的磁铁，其排列决定了材料的磁性。

当研究人员用光照射这些材料中的一组原子时，它们会使它们的自旋以一种模式摆动，这种模式会像石头掉进去时池塘上的波浪一样在相邻的原子中荡漾。这是一个自旋波。 与这些传统的数据存储材料不同，一类特殊的磁性材料称为反铁磁体，其特点是自旋方向相反。这些材料中的自旋波通常比铁磁体中的自旋波快得多，因此具有未来高速信息处理架构的潜力。

研究人员使用一种称为正铁氧体的反铁磁体进行了实验。这种材料具有一对不同的自旋波，它们通常不会相互通信。通过使用太赫兹光，在极端红外频率下人眼不可见，研究人员成功地使这些自旋波相互作用。

在一篇论文中，他们表明，使用强烈的太赫兹场激发特定频率的自旋波可以引发更高频率的另一个自旋波，这有点像弹拨吉他弦时自然产生的谐波泛音。 “这真的让我们感到惊讶，”张说。“这意味着我们可以非线性地控制这些磁系统内的能量流。

在另一篇论文中，他们发现两种不同自旋波的激发可以产生新的混合自旋波。Baldini说，这特别令人兴奋，因为它可以帮助将自旋电子学技术推向一个称为磁力学的新领域。在自旋电子学中，信息是在单个电子的自旋中携带的。在磁振子中，信息以自旋波携带。

“在这里，与自旋电子学不同，你正在使用这些集体类型的自旋波，这些自旋波同时涉及许多电子自旋，”Baldini说。“这可以引导你进入极快的时间尺度，这在自旋电子学中是无法达到的，并且还可以以更有效的方式移动信息。

为了开展这项开创性的工作，研究人员开发了一种复杂的光谱仪，以揭示不同自旋波之间的相互耦合，并揭示它们的潜在对称性。 “与肉眼容易看到的可见光不同，太赫兹光很难检测到，”Gao说。“如果没有技术的发展，这些实验就不可能进行，这使我们能够仅用一个光脉冲测量太赫兹信号。