8月11日，Science旗下子刊《Science Advances》在线发表了王棋教授课题组在自旋波深度非线性方面取得的最新研究成果[Science Advances, 9, eadg4609(2023)]，论文题目为《利用深度非线性效应激发自归一化的短波长自旋波》(Deeply nonlinear excitation of self-normalized short spin waves)。物理学院王棋教授为论文第一作者兼唯一通讯作者，华中科技大学为论文第一完成单位。乌克兰磁学研究所研究院Roman Verba博士提供理论计算支持，奥地利维也纳大学Andrii Chumak教授，德国凯泽斯劳滕大学Philipp Pirro教授参与了相关工作。

自旋波（Spin Wave），其量子态为磁子（Magnon），是磁性材料中磁矩的非一致进动，可以在导电或绝缘的磁性材料中传播，其传播不涉及电荷的定向移动，因此具有较低的能耗。同时其频率可高至太赫兹，波长可短至几纳米。由于低能耗，高频率，短波长和良好的非线性效应等特性，使得磁子在信息传输和处理中具有潜在的优势，近年来引起了广泛的关注。但高效的激发短波长自旋波仍具有很大的挑战。

非线性效应是自旋波相对于光波的一大优势，在日常生活中，我们增加光的强度时，光的颜色（波长）一般不会改变。但对于自旋波这是完全不一样的，当我们增加自旋波的功率时，自旋波的“颜色”（波长）是会变化的。在过去的研究中，这个波长的变化范围是很小的。最近，王棋教授课题组基于自旋波的非线性理论。制备了纳米尺度的钇铁石榴石自旋波波导，使得纳米波导中自旋波“颜色”的可以随不同的自旋波功率从几个微米变短到几十个纳米，并利用微磁学仿真和微聚焦的布里渊散射光谱实验验证了理论假设，如图1所示。最终在实验中实现了波长200纳米的自旋波的有效激发，微磁学仿真中还预言在其他材料体系中可以实现波长40纳米自旋波的有效激发。同时，由于非线性偏移是自锁定效应，因此激发的自旋波强度恒定不变且与输入微波功率无关，从而能够在未来的集成磁子电路中提供稳定的自旋波源。

                                                 图1:利用深度非线性效应激发超短自旋波原理图

论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg4609