洛桑联邦理工学院的研究人员在使用无电荷自旋波存储和处理数字数据方面取得了突破，朝着更环保、更快速的计算迈出了重要一步。

他们的最新发现表明，赤铁矿（一种常见的氧化铁）表现出一种在磁性材料中从未见过的特性，支持两种截然不同的磁振子模式。这一发现可能最终使数据的反复写入成为可能，并为可持续、超高速的自旋电子器件铺平道路，从而改变未来的技术。

以自旋波开创数据存储新纪元

2023年，洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员在使用自旋波（一种不带电荷的磁波）而非传统电子流来传输和存储数据方面取得了重大突破。该团队由工程学院纳米尺度磁性材料与磁子学实验室的迪尔克·格伦德勒领导，他们使用射频信号激发自旋波，使其强度足以反转微小纳米磁体的磁化方向。这种磁态之间的转换（例如从0到1）使纳米磁体能够存储数字信息，这是计算机存储以及更广泛的信息和通信技术中的基本过程。

这一进展标志着向实现更可持续的计算迈出了重要一步。研究人员通过自旋波对数据进行编码（自旋波的准粒子被称为磁振子），可能消除困扰电子器件的能量损失或焦耳热。然而，当时自旋波信号只能切换一次纳米磁体，尚不能用于重置它们以覆盖现有数据。

赤铁矿：一种可持续的自旋电子材料

如今，格伦德勒（Grundler）实验室与中国北京航空航天大学的同事们合作，在《自然·物理》杂志上发表了一项研究，可能使这种重复编码成为可能。具体而言，他们报告了赤铁矿中前所未有的磁性行为：赤铁矿是一种氧化铁化合物，在地球上储量丰富，且比目前自旋电子学中所使用的材料更环保。

格伦德勒解释说：“这项工作表明，赤铁矿不仅是对诸如钇铁石榴石等传统材料的可持续替代物，它还展现出全新的自旋物理特性，可用于超高频的信号处理，这对超高速自旋电子器件的开发及其在下一代信息和通信技术中的应用至关重要。”

自旋电子学中的塞伦迪普现象：一项奇异的发现

这一发现纯属意外。现在任工信部北航自旋电子学重点实验室费托北京研究所教授的EPFL校友俞海明，在检测赤铁矿上纳米结构铂条纹发出的奇怪电信号时有了这一发现。同组研究员盛路通对这些信号进行了测量，发现它们与常规磁性材料上观察到的任何信号都不同，因此俞海明的团队将其装置送到格伦德勒的实验室进行分析。

在检测样品中的磁振子信号时，格伦德勒（Grundler）发现了其空间分布中的“摆动”。“这一敏锐的观察最终发现了干涉图样，这是这项研究的关键转折点，”于（Yu）说道。的确，通过使用光散射显微镜，瑞士洛桑联邦理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）的博士生安娜·杜瓦基纳（Anna Duvakina）确定，赤铁矿样品中奇怪的电信号与两种被称为磁振子模式的独立自旋波激发之间的干涉图样有关。

其他磁性材料（如钇铁石榴石）仅产生一种磁振子模式，但拥有两种磁振子模式至关重要：这意味着，在同一设备上，由磁振子产生的自旋电流可以在相反的自旋极化之间来回切换，这反过来又可以使纳米磁体的磁化状态在两个方向上切换。理论上，这最终将使数字数据的反复编码和存储成为可能。接下来，研究人员希望通过将纳米磁体安装到赤铁矿器件上来测试这一想法。

赤铁矿在未来科技中的隐藏潜力

“赤铁矿已为人类所知数千年，但其磁性太弱，无法用于标准应用。现在事实证明，它的性能优于20世纪50年代为微波电子优化的材料，”格伦德勒说道。“这就是科学的魅力：你可以采用这种古老且储量丰富的材料，并为其找到非常及时的应用，这可能会让我们拥有更高效、更可持续的自旋电子学方法。”

参考文献：《通过倾斜反铁磁体中的磁振子干涉控制自旋流》，作者：盛鲁通、安娜·杜瓦基娜、王涵晨、山本慶、袁润东、王金龙、陈鹏、何文清、于康林、张悦霖、陈纪磊、胡俊峰、宋文杰、刘松、韩秀峰、虞大鹏、让-菲利普·安塞默、前田貞道、迪尔克·格伦德勒、于海明，发表于2025年4月23日，《自然·物理》期刊。DOI：10.1038/s41567-025-02819-7