深圳国际量子研究院陈济雷课题组在 Physics Reports 发表长篇综述

科研进展导读

磁子是磁性材料中自旋集体激发形成的准粒子，而磁子束缚与俘获是指将磁子局域在磁性材料的特定区域或结构中。这一概念构成了磁子学研究的重要基础。磁子学利用自旋波实现信息的传输与处理，相较于传统电子学具有更低功耗和更高运行速度等优势，因此被认为是发展下一代信息器件的重要技术路径之一。

图1 用于实现磁子束缚与俘获的主要策略与机制示意图。

研究团队系统总结了磁子束缚与俘获的两类主要实现方式，即静态调控和动态调控，其核心机制是通过势阱或势垒限制磁子的自由传播，从而将其稳定局域在特定区域。文章梳理了该领域的主要技术策略，包括利用磁场不均匀性、自旋纹理（如磁畴壁、磁涡旋和斯格明子）以及纳米结构材料（如纳米线、圆盘和磁子晶体）实现磁子调控，并讨论了由偶极-偶极相互作用和 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用诱导的拓扑态、手性磁子及平带形成机制。同时，微波谐振腔、共振磁场、自旋转矩振荡以及玻色-爱因斯坦凝聚等物理机制也被证明能够有效实现磁子局域化。文章还总结了二维磁性材料及特定转角莫尔超晶格中观测到的自旋波边缘模和腔模，为纳米尺度磁子调控提供了新的二维材料平台。

在应用方面，综述指出磁子俘获技术在信息计算与数据处理领域具有重要潜力，可推动磁子晶体、磁子波导和磁子存储单元等器件的发展。同时，磁子的可控束缚能够增强其在混合量子体系中与其他准粒子的耦合效率，对磁子的精准调控有望为突破下一代自旋电子器件在效率与可扩展性方面的瓶颈提供新的思路。

深圳国际量子研究院为论文第一完成单位。该论文的通讯作者为深圳国际量子研究院陈济雷副研究员、北京航空航天大学于海明教授及意大利国家研究委员会材料研究所 Gianluca Gubbiotti 教授。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委的重点支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157326000724

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