在納米尺度上進行高效可靠的信息傳輸是下一代自旋電子設(shè)備開發(fā)的基礎(chǔ)。反鐵磁體是一種相鄰原子自旋反相排列的材料，由于其獨特的特性，已成為有前途的候選材料。與它們的鐵磁對應(yīng)物不同，反鐵磁體具有更低的耗散，更快的響應(yīng)時間，并且對外部磁場不那么敏感。這使得它們非常適合通過磁振子（自旋波的元激發(fā)）編碼和傳輸信息。

然而，一個關(guān)鍵的障礙在于理解控制磁振子傳播的底層機制，特別是在范德華反鐵磁體的領(lǐng)域。最近發(fā)表在《自然物理》的一篇論文，探討了范德華反鐵磁體中偶極自旋波包傳輸?shù)拿匀爽F(xiàn)象，闡明了其重要意義和潛在影響。

范德華材料是一種迷人的層狀結(jié)構(gòu)，其中微弱的范德華力將單個原子平面聚集在一起。這種弱耦合允許通過堆疊不同的范德華材料來創(chuàng)建新穎的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，為定制磁性提供令人興奮的可能性。在磁振子傳輸?shù)谋尘跋拢兜氯A反鐵磁體提供了一個獨特的平臺。

最近的實驗觀察到光脈沖在三溴化鉻（CrSBr）范德華半導(dǎo)體中產(chǎn)生了磁振子 。令人驚訝的是，這些光生磁振子的傳播速度顯著超過了基于短程交換相互作用的常規(guī)模型預(yù)測的速度。這種差異推動了一項科學(xué)探索，以揭示這種快速磁振子傳輸背后的真正機制。

答案在于長程偶極-偶極相互作用的領(lǐng)域。與僅影響最近鄰自旋的交換相互作用不同，偶極-偶極耦合源于每個單獨自旋產(chǎn)生的磁場。這種磁場反過來對相鄰自旋施加力，從而實現(xiàn)跨越更大距離的通信。

研究人員提出，在范德華反鐵磁體中，弱層間耦合允許這些長程偶極-偶極相互作用主導(dǎo)磁振子傳播，尤其是在較長波長下。這種主導(dǎo)解釋了觀察到的差異——磁振子有效地“沖浪”在長程磁場之上，導(dǎo)致傳播速度比僅基于交換相互作用的預(yù)測更快。

在范德華反鐵磁體中，偶極子-偶極子耦合是磁子輸運的主要驅(qū)動因素，這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義。首先，它建立了一個基本原理，該原理可能會支配更廣泛的范德華磁體中的磁振子傳播。這簡化了基于這些材料的未來磁性器件的理解和設(shè)計。

其次，偶極-偶極相互作用的主導(dǎo)地位為操縱磁振子傳輸打開了令人興奮的途徑。通過仔細調(diào)整范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的幾何形狀和成分，研究人員可以潛在控制磁場的大小和方向，從而按需操縱磁振子傳播。這種引導(dǎo)磁振子流的能力為開發(fā)范德華設(shè)備中的高效磁性電路鋪平了道路。

然而，偶極-偶極相互作用的主導(dǎo)地位也帶來了挑戰(zhàn)。由于其長程性質(zhì)，這些相互作用會導(dǎo)致磁振子散射，可能阻礙長距離信息傳輸。減輕這種散射效應(yīng)對于實現(xiàn)實用的磁性器件至關(guān)重要。在這里，范德華材料的層狀特性提供了一種潛在的解決方案。通過設(shè)計不同范德華層之間的界面，研究人員可以潛在地創(chuàng)建磁振子波導(dǎo)，將傳播限制在特定層內(nèi)，從而最大限度地減少來自相鄰層的散射。