磁振子的手性首次被实验证实为独立自由度，这是由北京大学物理学院量子材料科学中心与中科院物理所、中国科大合作完成的研究成果，相关论文发表于Nature的子刊《自然·通讯》，并被编辑推荐为亮点工作。这个发现把铁磁材料的研究推进了一大步。以往的铁磁材料中，磁振子只有“右手”一种性格，科学家们只能专注于电子自旋这一唯一自由度来进行研究。然而，在2014年，理论预言反铁磁材料中可以同时存在右手和左手两种手性的磁振子。这次研究给这个理论带来了现实验证。左手和右手磁振子携带相反的角动量，它们就像镜像般存在。通过调控Py/Gd多层膜这种人工亚铁磁结构，科学家成功实现了对这两种手性的操控。Py/Gd多层膜由镍和钆组成，其结构类似于三明治。最外层是Py，中间夹着Gd。降温后，体系可以在Py主导和Gd主导之间自如切换。这种切换能力让研究者可以专注于最外层的Py进行研究。在固定温度、微波频率和外磁场方向的情况下，研究团队微调外磁场角度就观察到了左右手之间的瞬时切换，并通过逆自旋霍尔电压实时读出信号。 这次研究确认磁振子手性是一种与电子自旋平级的独立本征自由度。这次发现不仅为信息编码提供了新维度，还为计算提供了更低能耗和更高速度的可能性。左手和右手磁振子不仅可以像电子自旋一样被极化和翻转，还具有非易失性和长寿命特性。因为它们不涉及电荷流动，理论上能实现更低能耗的信息传输。 这个发现给未来芯片设计带来了全新思路：通过将左手和右手做成逻辑门，可以在同一块材料上完成“同位旋”计算。这次研究得到了国家重点研发计划、自然科学基金和中科院先导专项等资助支持。团队计划把这一自由度融入更复杂网络中，探索手性磁振子逻辑门、存储器甚至神经形态计算原型器件的实现。 左手和右手“对打”：磁振子手性首次被实验证实为独立自由度。01从“单手”到“双手”：铁磁材料的百年局限铁磁材料里，磁振子一直只有“右手”一种性格，科学家只能盯着电子自旋这一个“独苗”做文章。2014 年，理论预言反铁磁里能同时出现右手与左手两种手性的磁振子，它们像镜像般携带相反角动量，可组成类似电子自旋的“Bloch 球”，为信息编码提供全新维度。然而，实验室里始终找不到能独立操控这对“双生子”的开关。02人工亚铁磁：把“双手”请出家门近期，北京大学物理学院量子材料科学中心与中科院物理所、中国科大组成跨界联盟，把目光投向Py/Gd 多层膜——一种人工亚铁磁结构。它像三明治：最外层是 Py（镍），中间夹 Gd，只有顶层 Py 才对自旋泵浦效应“开口说话”。降温后，体系可在 Py 主导的亚铁磁序与 Gd 主导的亚铁磁序之间自如切换，于是研究者把舞台灯光全部打在最外层 Py 上。 图：磁振子的手性作为独立自由度进行调控。(a) 右手与左手手性的磁振子携带相反的角动量，通过自旋泵浦产生自旋极化方向相反的自旋流。(b) 通过调控人工亚铁磁样品的共振模式，成功实现磁振子手性的调制。同时利用人工亚铁磁样品只有最外层铁磁层贡献自旋泵浦的优势，通过逆自旋霍尔电压实时读取磁振子的手性。03第一次“切换”：温度不变，只调磁场就改性格在固定温度、微波频率与外磁场方向的前提下，团队仅微调外磁场角度，就观察到了右手与左手磁振子之间的瞬时切换，并通过逆自旋霍尔电压实时读出信号。这是首次在实验中确认：磁振子手性是一种与电子自旋平级的独立本征自由度，不再依附于任何其他宏观量存在。04自由度多了，计算就能“节能+高速”双赢手性磁振子不仅像电子自旋一样可被极化、翻转，还天然具备非易失性与长寿命；加之它不涉及电荷流动，理论上能实现更低能耗的信息传输。一旦把左手右手做成逻辑门，就能在同一块材料上完成“同位旋”计算，为未来芯片提供一条能耗减半、速度翻倍的新赛道。