一項新研究揭示了釔鐵石榴石中聲波與自旋波的強耦合現(xiàn)象，為柔性6G信號處理開啟了新可能。

聲學(xué)頻率濾波器幫助智能手機分離移動網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi和GPS信號。德國凱澤斯勞滕-蘭道大學(xué)的研究團隊表示，他們展示了一種可能影響未來通信系統(tǒng)的新物理效應(yīng)。他們的研究表明，微型聲波能與釔鐵石榴石內(nèi)部的自旋波強烈耦合，形成千兆赫茲范圍的混合波。這一發(fā)現(xiàn)為適用于新興6G標(biāo)準(zhǔn)的靈活可調(diào)濾波器提供了可能路徑。

表面聲波技術(shù)新突破

表面聲波（SAW）每日在移動設(shè)備中被使用數(shù)十億次，也天然存在于地震波中。馬蒂亞斯·韋勒教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊正致力于將這項成熟技術(shù)與自旋物理結(jié)合，開拓新領(lǐng)域。"聲波不僅能在空氣中傳播，也能穿透物質(zhì)。在此過程中，材料的晶格原子會發(fā)生振動，"韋勒解釋道。他進一步說明，這些原子的電子攜帶量子自旋，同樣會對振動產(chǎn)生反應(yīng)。當(dāng)材料處于磁有序狀態(tài)時，這種相互作用能使材料中的聲波產(chǎn)生自旋波。

為探究該效應(yīng)，研究團隊選用具有長自旋波壽命的鐵磁絕緣體釔鐵石榴石作為實驗材料。這種特性使其非常適合觀察聲學(xué)與磁激勵之間的微觀相互作用。實驗顯示，該系統(tǒng)在納米結(jié)構(gòu)聲學(xué)表面諧振器內(nèi)產(chǎn)生了名為"磁極化激元"的混合激發(fā)態(tài)。

論文第一作者凱文·昆斯特勒表示："我們觀察到自旋與聲波的量子力學(xué)耦合可形成既非聲波亦非自旋波的新型嵌合波。在這種激發(fā)態(tài)中，自旋與聲波無法分離，而是共存共生。"研究人員發(fā)現(xiàn)這種混合波會在聲波與自旋態(tài)之間周期性振蕩，其振蕩頻率即拉比頻率。研究中該頻率超過了實驗裝置中的所有損耗率，團隊認(rèn)為這是強耦合機制的明確證據(jù)。

與阿卡什迪普·卡姆拉教授團隊合作開發(fā)的理論模型支持了實驗發(fā)現(xiàn)，該模型不僅幫助量化耦合強度，還詳細解釋了觀測到的現(xiàn)象。

6G濾波器應(yīng)用潛力

研究團隊指出，這項成果融合了兩大微波技術(shù)。"我們的混合自旋聲波激發(fā)態(tài)結(jié)合了微波技術(shù)的兩大支柱：聲學(xué)濾波器和鐵磁絕緣體，"韋勒表示。他補充說，這種方法有望實現(xiàn)使用過程中能自我調(diào)節(jié)的頻率濾波器，這種能力可支持未來依賴于靈活響應(yīng)式信號控制的6G通信架構(gòu)。