自旋波可以解鎖下一代計算機技術，一個新的組件可以讓物理學家實現對它的控制。阿爾託大學的研究人員開發了一種自旋電子學的新裝置。該成果已發表在《自然-通訊》雜誌上，標誌著向利用自旋電子學製造數據處理和通信技術的計算機芯片和設備，使其體積小而功能強大的目標邁出了一步。

傳統的電子技術使用電荷來進行計算，為我們日常的大部分技術提供動力。然而，工程師們無法讓電子器件更快地進行計算，因為移動電荷會產生熱量，散熱的局限性讓芯片的體積和速度已經到了極限。由於電子器件無法變小，人們擔心計算機無法以過去70年的速度變得更強大、更便宜，而自旋電子學可能是解決方案。

“自旋”和”電荷”一樣，是電子等粒子的一種屬性。研究人員對使用自旋來進行計算感到興奮，因為它避免了目前計算機芯片的發熱問題。”如果使用自旋波來運算，那運用的是自旋的轉移，不需要移動電荷，所以不會產生熱量，”領導該論文撰寫小組的Sebastiaan van Dijken教授說。

該團隊製作的裝置是法布里-佩羅諧振器，它是光學領域的一種著名工具，用於製造具有嚴格控制波長的光束。研究人員在這項工作中製作的自旋波版本使他們能夠在直徑只有幾百納米的器件中控制和過濾自旋波。

這些器件是通過將具有奇異磁性的材料的極薄層相互夾在一起製成的。這就創造了一種裝置，如果材料中的自旋波不是所需的頻率，它們就會被捕獲並被抵消。”這個概念很新，但很容易實現，”論文的第一作者秦華君博士解釋說，”訣竅是製造出優質的材料，阿爾託大學就有這樣的材料。事實上，製造這些設備並不具有挑戰性，這意味著我們有很多機會進行新的令人興奮的工作。”

無線數據處理和模擬計算

加速電子器件的問題不僅僅是過熱，它們還造成了無線傳輸的複雜化，因為無線信號需要從其較高的頻率轉換到電子電路能夠處理的頻率。這種轉換會減慢這個過程，並且需要能量。自旋波芯片能夠在移動電話和Wi-Fi信號中使用的微波頻率下工作，這意味著它們在未來有很大的潛力用於更快、更可靠的無線通信技術。

此外，自旋波還可以在特定任務中以比電子計算更快的方式進行計算。”電子計算使用布爾或二進制邏輯來進行計算，”van Dijken教授解釋說，”對於自旋波，信息是以波的振幅來攜帶的，這就可以進行更多模擬風格的計算。這意味著，它對圖像處理或模式識別等特定任務非常有用。我們的系統最棒的地方在於，它的尺寸結構意味著它應該很容易集成到現有的技術中。”現在，該團隊已經有了過濾和控制自旋波的諧振器，接下來的步驟是為它們製作一個完整的電路。”為了構建一個磁力電路，我們需要能夠引導自旋波走向功能元件，就像電子微芯片上的導電電通道那樣。我們正在研究製作類似的結構來引導自旋波。”