导读 加州大学河滨分校的研究人员使用纳米级合成反铁磁体来控制磁振子之间的相互作用——这项研究可能会导致更快、更节能的计算机。在铁磁体中，

加州大学河滨分校的研究人员使用纳米级合成反铁磁体来控制磁振子之间的相互作用——这项研究可能会导致更快、更节能的计算机。在铁磁体中，电子自旋指向相同的方向。为了使未来的计算机技术更快、更节能，自旋电子学研究采用自旋动力学——电子自旋的波动——来处理信息。自旋涨落的量子力学单元 Magnon 相互作用，导致自旋动力学的非线性特征。这种非线性在磁记忆、自旋扭矩振荡器和许多其他自旋电子应用中起着核心作用。

例如，在磁神经形态网络(一种模拟大脑的技术)的新兴领域中，非线性对于调节磁神经元的响应至关重要。此外，在另一个前沿研究领域，非线性自旋动力学可能会发挥作用。

“我们预计量子信息和自旋电子学的概念将整合到混合量子系统中，”物理与天文学系助理教授 Igor Barsukov 说，他领导了出现在应用材料与界面上的研究。“我们将不得不在量子水平上控制非线性自旋动力学，以实现它们的功能。”

Barsukov 解释说，在作为许多自旋电子技术构建模块的纳米磁体中，磁振子显示出量子化的能级。磁振子之间的相互作用遵循一定的对称规则。研究小组学会了设计磁振子相互作用并确定了两种实现非线性的方法：打破纳米磁体自旋配置的对称性;并修改磁振子的对称性。他们选择了第二种方法。

该研究论文的第一作者、巴尔苏科夫实验室的研究生阿雷佐·埃特萨米拉德 (Arezoo Etesamirad) 说：“修改磁振子对称性是更具挑战性但也更适用于应用的方法。”

在他们的方法中，研究人员将纳米磁铁置于一个磁场中，该磁场在特征纳米长度尺度上表现出不均匀性。这种纳米级非均匀磁场本身必须源自另一个纳米级物体。

对于这种磁场的来源，研究人员使用了纳米级合成反铁磁体或 SAF，它由两个具有反平行自旋方向的铁磁层组成。在正常状态下，SAF 几乎不会产生杂散场——SAF 周围的磁场非常小。一旦经历了所谓的自旋触发器转变，自旋就会倾斜，并且 SAF 会根据需要在纳米级产生不均匀的杂散场。研究人员以受控方式在正常状态和自旋触发器状态之间切换 SAF，以打开和关闭对称破坏场。

“我们能够将磁振子相互作用系数至少操纵一个数量级，”埃特萨米拉德说。“这是一个非常有希望的结果，可用于在量子信息系统中设计相干磁振子耦合，在磁神经形态网络中创建不同的耗散状态，并控制自旋扭矩设备中的大激发机制。”