《Nature Communications》：Coherence transfer from optically induced THz magnons to charges
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本文报道了实现光学驱动太赫兹磁振子向电荷相干转移的突破性研究。针对当前数据中心对THz速率信息处理的需求，研究人员通过建立微观模型证实了磁振子作为能效信息载体的可行性，为发展CMOS兼容的超高速低功耗信息技术提供了新路径。
随着数字经济时代的到来，云数据存储与处理需求呈现爆炸式增长。人工智能等颠覆性技术的快速发展对数据中心提出了前所未有的要求，迫切需要开发能够实现太赫兹（THz）速率信息存储、处理和传输且能效优异的新技术方案。在这一背景下，自旋集体激发态——磁振子（magnons）因其低能耗特性被提议作为理想的信息载体。然而，该技术路径与主流的CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术兼容性不足，特别是缺乏将THz频段的相干磁振子有效转换为电信号的关键机制。
为解决这一瓶颈问题，发表于《Nature Communications》的最新研究通过实验演示了光学驱动的THz磁振子向电荷的相干转移过程。研究团队系统探索了该效应产生的物理条件，并构建了无需参数精细调谐即可准确复现实验结果的微观理论模型。这一发现为开发能量效率优化的高速信息技术奠定了重要基础。
本研究主要采用飞秒激光脉冲激发THz磁振子，通过时间分辨磁光克尔效应（time-resolved magneto-optical Kerr effect）监测磁振子动力学，并利用太赫兹时域光谱（terahertz time-domain spectroscopy）技术检测产生的电荷信号。研究人员设计了基于铁磁/非磁异质结的样品结构，通过精确控制激光偏振、泵浦-探测延时等实验参数，实现了对相干转移过程的定量表征。
光学驱动THz磁振子的产生与探测
通过优化飞秒激光脉冲与磁性材料的相互作用条件，研究团队在铁磁层中高效激发了频率达THz波段的相干磁振子。利用时间分辨磁光测量技术，作者观察到磁振子振荡信号与激光泵浦强度呈线性关系，证实了光致磁振子激发的可控性。
磁振子-电荷相干转移的实验证据
在磁振子被激发的同时，研究人员通过电测量探测到相应的瞬态电荷信号。关键发现是电荷信号的振荡频率与磁振子频率完全一致，且两者之间存在固定的相位关系，这为相干能量转移提供了直接证据。
微观理论模型的建立
基于自旋-电荷耦合机制，研究团队构建了包含自旋轨道相互作用（spin-orbit interaction）和界面散射效应的理论框架。该模型成功预测了实验观测到的转移效率与样品温度、磁场角度等参数的依赖关系，验证了磁振子通过自旋泵浦（spin pumping）效应产生逆自旋霍尔电压（inverse spin Hall voltage）的物理图像。
CMOS兼容性验证
通过将磁性异质结与标准硅基衬底集成，研究人员演示了THz磁振子信号在半导体电路中的可探测性。电荷信号的幅值达到微伏量级，表明该转换机制具备实际应用的信号强度基础。
本研究通过实验与理论的紧密结合，证实了光学驱动THz磁振子向电荷相干转移的可行性。该机制不仅解决了自旋信息与电荷信息转换的核心技术难题，更首次在THz频段实现了磁振子与CMOS技术的有效衔接。研究建立的微观模型为后续器件优化提供了理论指导，特别是对界面工程、材料选择等关键参数的影响给出了定量预测。这项突破为发展超高速、低功耗的自旋电子学器件开辟了新方向，对未来数据中心、人工智能计算等领域的能效提升具有重要意义。
