研究人員成功實現利用超導體掌握芯片上的自旋波

代爾夫特理工大學的研究人員利用超導體成功控制了芯片上的自旋波，這可能會改變節能技術和量子計算的游戲規則。代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）的量子物理學家首次證明，利用超導體在芯片上控制和操縱自旋波是可能的。

這些磁體中的微小自旋波可能在未來成為電子器件的替代品，對節能信息技術或量子計算機中的連接部件等很有意義。這一突破發表在《科學》雜志上，主要讓物理學家對磁體和超導體之間的相互作用有了新的認識。

"自旋波是磁性材料中的波，我們可以利用它來傳輸信息，"領導這項實驗的邁克爾-博斯特解釋說。"由于自旋波可以成為替代電子產品的高能效構件，科學家們多年來一直在尋找控制和操縱自旋波的有效方法"。"

"早有預言金屬電極可以控制自旋波，但直到現在，物理學家幾乎還沒有在實驗中看到這種效果。"量子納米科學系副教授 Toeno van der Sar 說："我們研究團隊的突破在于，我們證明了如果使用超導電極，確實可以正確控制自旋波。"

其工作原理如下：自旋波產生磁場，磁場又在超導體中產生超電流。超電流就像自旋波的一面鏡子：超導電極將磁場反射回自旋波。超導鏡面使自旋波上下移動的速度更慢，從而使自旋波易于控制。當自旋波經過超導電極時，它們的波長會完全改變，只要稍微改變電極的溫度，我們就能非常精確地調節變化的幅度。

實驗插圖。圖中顯示了薄磁層上的兩個金電極。中間是一個超導電極。研究人員用左邊的金電極在磁性材料中產生自旋波，自旋波向右邊傳播。電極頂部是一個方形鉆石膜，研究人員可以通過它看到超導電極。資料來源：代爾夫特理工大學 Michael Borst

"我們首先鋪設了一層薄薄的釔鐵石榴石（YIG）磁層，它被稱為地球上最好的磁鐵。我們在上面鋪設了一個超導電極和另一個電極來誘導自旋波。通過冷卻到零下 268 度，我們讓電極進入了超導狀態，"范德薩說。"令人驚奇的是，自旋波隨著溫度的降低變得越來越慢。這讓我們有了操縱自旋波的獨特方法；我們可以讓自旋波偏轉、反射、共振等等。但這也讓我們對超導體的特性有了新的認識。"

研究人員鉆石中的電子作為自旋波磁場的傳感器，對自旋波進行成像，這對實驗至關重要。它最酷的地方在于可以透過不透明的超導體觀察下面的自旋波，就像核磁共振掃描儀可以透過皮膚觀察人的身體一樣。"

"自旋波技術仍處于起步階段，"博斯特說。"例如，要利用這種技術制造高能效計算機，我們首先必須開始構建小型電路來執行計算。我們的發現打開了一扇門：超導電極可以實現無數新的高能效自旋波電路"。

范德薩補充說："我們現在可以設計基于自旋波和超導體的設備，這些設備產生的熱量和聲波都很少。想想自旋電子學版的頻率濾波器或諧振器吧，這些元件可以在手機的電子電路中找到。或者可以作為量子計算機中量子位之間的晶體管或連接器的電路。"