来源：Ellen Neff，Columbia University Quantum Initiative，Gaby Clark编辑，Robert Egan审校；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 王宏涛 编译

在超快激光脉冲激发下，相干费伦（亦称为极化波）会向THz波段向外发射并沿材料内部传播。图片来源：Zhu Lab, Columbia University

    在发表于《自然材料》（Nature Materials）杂志的一项新研究中，由哥伦比亚大学化学家Xiaoyang Zhu领导的研究团队与该校同事Xavier Roy、Milan Delor、Dmitri Basov及James McIver合作，首次观测到了相干铁子。

    铁磁子是自20世纪60年代就被预测存在的电子准粒子，具有极化特性。由哥伦比亚大学博士后Jeongheon Choe和Taketo Handa领导的研究团队观测到的振荡极化波代表了一种新型信息载体，其传输速度可能远超传统电子器件。

    在铁电材料中，晶胞内的偶极矩排列一致，从而形成极化状态。这些偶极矩的集体激发产生了铁子准粒子，该粒子本身具有固有的偶极矩——即每个微小粒子的一侧电荷强度略高于另一侧。铁子与近年来zhu及其同事研究重点之一的另一种准粒子（磁振子）具有相似特性。

    磁振子是一种携带自旋（赋予磁体磁性的基本特性）的准粒子。2022年，zhu教授的前博士后研究员、现任康奈尔大学助理教授Eunice Bae观测到相干磁振子波在二维磁材料中传播，并与能量更高的准粒子——激子——发生耦合。在Bae的研究成果公布后不久，Handa在Roy课题组合成的铁电材料NbOI₂中，观测到太赫兹（THz）信号出现了既令人困惑又显著的振荡现象。

    当时，Handa正在研究这种材料独特的光学特性——它能高效地将近红外光转化为宽带太赫兹辐射——但他与Choe受到启发，决定深入探究这些振荡现象。“从概念上讲，铁子是磁振子的电学对应物，”Choe解释道，“既然磁振子能够在材料中传播，那么铁子为何不能呢？”

    事实证明，这种现象确实存在。通过光谱学技术，Choe发现铁子能够以超音速作为相干波集体在材料中传播，并同时发射太赫兹辐射。在合作者Milan Delor的实验室中，研究生Andre Liston利用频闪扫描共聚焦显微镜直接观测到了这些相干铁子的快速传播过程。“这充分展示了相干铁子在二维铁电材料中的行为特性，”Choe表示。

    正如磁子对经典存储器和量子存储器都具有日益重要的应用前景一样，相干铁子也是极具潜力的信息载体。例如，在这项研究中，研究团队成功制备了太赫兹频率的铁子——这一频率正是下一代高速通信系统所预期使用的频率范围。太赫兹波在这些材料中的高度局域化特性可广泛应用于各类领域，尤其在6G通信技术中表现突出；此外，由于NbOI₂材料体积小巧，将其集成到芯片技术中也十分便捷。

    “这是铁电子学令人振奋的开端，”Handa表示，“我们非常期待进一步深化对铁材料及其基本特性的理解，并为未来技术奠定基础。”

    出版详情
    Choe Jeongheon 等人，《相干铁磁辐射的观测及其传播机制》，《自然•材料》（Nature Materials）（2026年）。DOI: 10.1038/s41563-026-02597-4

    期刊信息：《自然•材料》（Nature Materials）