磁振子纳米纤维研究：为新兴技术及的构造开辟了道路

磁体的磁性顺序中的局部扰动会以波的形式在整个材料上传播，这些波称为自旋波，其相关的晶格中电子自旋结构集体激发的准粒子称为磁振子（英语：Magnon）。

关于磁振子的研究，发展成为了纳米科学中的一个新型的科学领域，称为磁振子学（英语：Magnonics）。

磁性提供了创建我们现在所使用的功能强大的计算机的途径方法，但是在纳米级实现磁性计算以提供功能更强大、更节能的计算机一直是一项艰巨的挑战。

现在，由德国凯撒斯劳滕工业大学，德国耶拿信达电子和维也纳大学组成的一个联合研究团队在《纳米快报》上报道了他们使用利用磁振子来开发新型计算机的一项重大进展，从而可能为新型计算机开辟道路。

这种使用磁振子的新一代计算机可能会更强大，并且消耗更少的能量。为此，一个主要的先决条件是能够制造出所称的单模波导（single-mode waveguides），使科学家能够使用基于波的先进信号处理方案。这需要将结构的尺寸缩小到纳米尺度。这样的开发将相当于打开进入人脑功能的神经形态计算系统的开发之门。

然而，将磁振子技术的规模缩小到纳米规模具有挑战性。用于磁振子应用的非常具有前景的材料是钇铁石榴石（Yttrium Iron Garnet，简称：YIG）。钇铁石榴石历来是称为是一种高贵的磁性材料。磁振子在这种材料内的寿命是其它材料内的一百倍。

项目负责人、维也纳大学的Andrii Chumak教授说。 “如果您尝试用它制造出微小的结构，那么对于钇铁石榴石是非常复杂且难以操作。所以钇铁石榴石结构几十年来最小都具有毫米大小。现在，研究团队终于设法将尺寸降低到了50纳米，比过去要小大约10万倍。

德国凯撒斯劳滕工业大学的纳米结构中心开发了一项特殊的生产的钇铁石榴石胶片的新技术。在钇铁石榴石的顶部制作了一层称为掩模的薄金属层，使大部分薄膜暴露在外。然后，试样被强力的氩离子流轰击，从而去除了钇铁石榴石未被保护的部分，而掩模下面的材料则保持不变。然后，去除金属掩膜，露出成品钇铁石榴石的50纳米的细条。

如图所示，左面板显示了50纳米的钇铁石榴石波导的显微照片。激发的自旋波沿条带传播。右侧面板显示磁振纳米纤维波导的放大部分，并将其大小与目前流行的新冠病毒进行了比较。

对于整个这样的技术过程的成功，至关重要的是，要找到适合掩模罩的材料，找出其厚度，并调整数十种不同的参数，以保存钇铁石榴石的特性。 “经过几年的研究，研究团队终于找到了所要寻找的铬和钛层组合的掩模层。

该钇铁石榴石结构的尺度大约比人的头发的厚度小一千倍。成功构造之后，科学家们继续研究磁振子的传播，以评估纳米级钇铁石榴石结构是否保持了钇铁石榴石膜的优异材料性能。

研究团队表示：我们能够证明该结构化过程对这种材料的出色性能产生很小的影响。” “此外，我们能够通过实验证明，磁振子能够像以前理论上所预测的那样，有效地在磁振通道中长距离有效地承载信息。这些结果是磁导电路发展的重要里程碑，证明了基于磁振子纳米纤维的数据处理的一般可行性，为新型计算机的构造开辟了道路。