我们开发了一种新方法，可使大型网络有效地处理未来高级的信息需求。

人工智能的日益普及给全球能源系统带来了巨大的压力。这加剧了人们对更加节能的硬件以支持人工智能技术的寻求。一种备受关注的新方法涉及利用“自旋波”来携带和处理信息。

由物理学家鲁道夫·布拉奇奇教授（来自明斯特）带领的明斯特大学和海德堡大学（德国）的研究人员开发了一种制造波导的新技术，这种波导能使自旋波的传播距离远超以往。

采用这种方法，研究团队成功构建了迄今为止最大的自旋波导网络。除了规模之外，研究人员还展示了他们对自旋波在网络中表现行为的精确控制。他们能够调整波长等特性，以及波在特定边界的反射情况。他们的研究成果发表于《自然·材料》期刊上。

理解自旋波与磁性特性

电子自旋是一种量子力学量，也被描述为固有角动量。物质中众多自旋的排列决定了其磁性。如果向带有天线的磁性材料施加交流电，从而产生变化的磁场，那么物质中的自旋可以产生自旋波。

自旋波已被用于制造单个组件，例如将二进制输入信号处理为二进制输出信号的逻辑门，或选择各种输入信号之一的多路复用器。然而，迄今为止，这些组件尚未连接起来以形成更大的电路。

鲁道夫·布拉奇奇（Rudolf Bratschitsch）解释说：“电子学中使用的网络规模更大，而这样规模的网络尚未实现，部分原因是连接各个开关元件的波导中的自旋波衰减严重，尤其是当波导的宽度小于一微米，即处于纳米尺度时。”

该团队使用了目前已知衰减最低的材料：钇铁石榴石（YIG）。研究人员使用硅离子束在这种磁性材料的110纳米薄膜上刻制了单个自旋波导，并构建了一个拥有198个节点的庞大网络。这种新方法可以灵活且可重复地制造出高质量的复杂结构。

参考文献：《用于大型磁振子网络的色散可调低损耗离子注入自旋波导》，由雅尼斯·本斯曼、罗伯特·施密特、基里尔·尼古拉耶夫、迪米特里·拉斯霍奇科夫、施拉达·楚德哈瑞、里卡·巴德瓦杰、沙布南·塔赫里尼亚、阿基尔·瓦里、斯文·涅胡斯、艾哈迈德·卡德里、约翰内斯·克恩、沃尔夫拉姆·佩尔尼茨、谢尔盖·德莫克里托夫、弗拉基斯拉夫·德米多夫、斯特凡·迈克尔·德瓦斯孔塞洛斯和鲁道夫·布拉奇茨撰写，发表于2025年7月9日，《自然-材料》杂志。DOI：10.1038/s41563-025-02282-y

该项目由德国研究基金会 (DFG) 提供资助，是协作研究中心 1459“智能物质”的一部分。

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