来源：Hillary Hoffman，特拉华大学(University of Delaware)，Lisa Lock 编辑，Robert Egan审校；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 谢思琪 编译

    现代计算机依赖磁性硬盘存储信息，即使设备断电也能确保文件安全。但程序运行与数据处理却需要依靠电力驱动。每次计算都需在电系统与磁系统间反复传输信息，这种双向转换已成为制约当代计算速度的关键瓶颈。 

    若能将磁性元件直接整合进计算逻辑器件，即可突破这一限制，使计算机运行更快、能耗更低。 

    特拉华大学工程师领衔的新理论研究揭示：一种名为磁子（magnon）的磁性自旋波可产生可检测的电讯号。这项发表于Proceedings of the National Academy of Sciences的成果，不仅展示了利用电场控制磁子的新路径，更为电-磁元件融合、推动下一代计算技术发展提供了可能。 

    磁波如何传递信息

    磁性源于电子——这些环绕原子核运动的微小粒子。每个电子具有"自旋"特性，其方向可向上或向下。在普通铁磁体（如铁）中，所有电子自旋方向一致，从而形成磁场。 

    "想象每个自旋间都由弹簧连接。当我拨动一个自旋，就像拉动弹簧，相邻自旋会连锁偏转，"论文资深作者、特拉华大学工程学院材料科学与工程系教授Matthew Doty解释道，"这如同拨动拉伸的弹簧玩具：轻颤一端，波动便沿螺旋传递。磁子正是如此——它是一种波。" 

    当代芯片中，带电电子在导线内流动时会产生电阻，大量能量以热能形式耗散。而磁子通过自旋取向传递信息，无需移动电荷，故无电阻损耗，能量浪费显著降低。 

    本研究聚焦反铁磁材料——其电子自旋呈上下交替排列。此类材料在计算领域前景广阔：反铁磁体中的磁子传播频率可达太赫兹量级，比铁磁体快约千倍。但因整体自旋矢量为零，反铁磁磁子极难被探测与操控。 

    磁子探测与操控的新路径

    特拉华大学材料研究中心（CHARM）博士后研究员杜光涛（D. Quang To，音译）及其团队通过计算机模拟，探究了反铁磁材料中磁子的行为特性。出乎意料的是，计算结果显示磁子运动竟能产生电讯号。 

    "结果预测：我们可通过测量磁子产生的电极化来探测它，"Doty教授说，"更令人振奋的是，我们或许能用外部电场（包括光场）控制磁子运动。未来用磁子通道替代传统导线的设备，将实现更高速、更低能耗的信息传输。" 

    研究团队首先分析了材料两端存在温差时的情形：磁子会从热端流向冷端。他们特别关注磁子轨道角动量（磁波特有的环形运动，区别于其直线传播）带来的效应。 

    "我们构建了数学模型，解析轨道角动量如何影响磁子输运，"论文第一作者杜光涛表示，"当磁子轨道角动量与材料原子相互作用时，竟产生了电极化效应。" 

    换言之，运动的反铁磁磁子可生成可测量的电压。

    "该模型为学界提供了强大工具，将助力预测与调控磁子行为，"杜光涛补充道。 

    目前，特拉华大学团队已启动实验验证预测效应，并计划深入探究磁子与光的相互作用，以确定能否利用光的轨道角动量来控制磁子输运或探测过程。 

    论文信息：D. Quang To et al, Magnon-induced electric polarization and magnon Nernst effects, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507255122