科学家在二维磁体中看到旋转的准粒子

　　所有的磁体都含有被称为磁子的旋转类粒子。所有的磁铁都是如此，从挂在冰箱上的简单纪念品，到给你的电脑提供内存存储的光盘，再到研究实验室中使用的强大版本。一个磁子的旋转方向可以影响其相邻的磁子，而相邻的磁子又会影响其相邻的磁子的旋转，以此类推，就产生了所谓的自旋波。自旋波有可能比电更有效地传输信息，而且磁子可以作为量子互连，将量子比特粘合在一起，形成强大的计算机。
　　尽管磁子具有巨大的潜力，但如果没有庞大的实验室设备，它们往往很难被检测到。根据哥伦比亚大学研究员朱晓阳的说法，这样的设置对于进行实验是没有问题的，但对于开发设备，如磁子设备和所谓的自旋电子学，则不适用。然而，有了合适的材料，看到磁子可以变得简单得多：一种叫做溴化铬的磁性半导体，可以被剥离成原子般薄的二维层，由化学系教授XavierRoy的实验室合成。
　　在9月7日发表在《自然》杂志上的一篇新文章中，朱晓阳和哥伦比亚大学、华盛顿大学、纽约大学和橡树岭国家实验室的合作者表明，溴化铬中的磁子可以与另一种叫做激子的准粒子配对，后者会发光，为研究人员提供了一种看到旋转的准粒子的机制。
　　当他们用光扰动磁子时，他们观察到激子在近红外范围内的振荡，这几乎是肉眼可见的。朱晓阳说：我们第一次可以用一个简单的光学效应看到磁子。
　　朱晓阳实验室的博士后、研究第一作者YounJun（Eunice）Bae说，这些结果可以被看作是量子转换，或者是一个量子能量向另一个能量的转换。Bae解释说，激子的能量比磁子的能量大四个数量级；现在，由于它们配对得如此强烈，我们可以轻易地观察到磁子的微小变化。这种传导有朝一日可能使研究人员能够建立量子信息网络，从基于自旋的量子比特它们通常需要位于彼此的几毫米范围内获取信息，并将其转换为光，一种能够通过光纤将信息传输到数百英里以外的能量形式。
　　朱晓阳说，相干时间即振荡可以持续的时间也很了不起，比实验中的5纳秒极限持续得更久。这种现象可以超过7微米，甚至在溴化铬器件仅由两个原子薄层制成时也能持续存在，这提高了建造纳米级自旋电子器件的可能性。这些设备有朝一日可能成为当今电子产品的更有效替代品。与电流中的电子在行进中遇到阻力不同，自旋波中实际上没有粒子在运动。
　　从这里开始，科学家们计划探索溴化铬的量子信息潜力，以及其他候选材料。朱晓阳说：在MRSEC和EFRC，我们正在探索几种二维材料的量子特性，你可以像纸一样堆叠起来，创造各种新的物理现象。
　　例如，如果能在其他种类的磁性半导体中找到磁子激子耦合，并具有与溴化铬稍有不同的性质，它们可能会以更广泛的颜色发射出光。朱晓阳说：我们正在组装工具箱，以构建具有可定制特性的新设备。