自旋波（spin waves）及其量子化磁子（magnons）能夠在低阻尼磁性材料中相干傳輸，由于不攜帶電荷，可極大程度避免焦耳熱的產生，因此自旋波或磁子被IRDS（國際器件和系統路線圖）認為是構筑后摩爾邏輯電路的重要信息載體，同時也是用來探索與其他玻色子（光子、庫珀對等）耦合而衍生新奇量子現象的理想平臺。自1930年由布洛赫提出以來，人們在鐵磁、亞鐵磁、反鐵磁等眾多材料中發現一系列新奇的自旋波激發、傳輸、探測等現象及其衍生功能。與傳統磁子傳輸模式相比，理論上預言在低維磁結構中可能存在手性磁子邊緣態，可以顯著降低自旋波傳輸過程中的散射耗散。然而過去近一個世紀以來，在室溫下能夠長距離傳輸的磁子邊緣態至今仍未能實現。其主要的挑戰在于：室溫下同時具備理想低維磁結構和低磁阻尼系數的材料無法獲得。

最近，北京師范大學、北京航空航天大學等國內多家單位通過近十年的合作努力，率先提出材料對稱性人工操控的新策略，在傳統關聯電子La0.67Sr0.33MnO3薄膜中同時優化了電子和自旋結構，使之在室溫下兼具超低阻尼系數與超長磁螺旋序（圖a）。該低維自旋結構提供了強偶極相互作用，創造了自旋波光學支模式與疇壁模式的雜化耦合（圖b左）。這種局域化的強雜化模式能夠分別沿著上/下磁疇的邊緣遠距離手性傳輸，即手性磁子邊緣態（圖b右）。超長的磁螺旋“納米通道”為自旋波的高效傳輸構筑了一條條“磁子高速公路”，如圖c所示。同時，外場可以選擇性地實現手性磁子邊緣態的開關調控，展示了其作為基本功能單元而設計納米磁子學和自旋電子學器件的潛力。該工作不僅為磁子邊緣態在室溫下的高效傳輸提供了一個可控制的納米通道，也為進一步研究新奇磁子激發、傳輸以及與其他玻色子的耦合提供了一個全新的、可操控的低維量子體系。

圖（a）準反鐵磁耦合的磁螺旋結構及室溫自旋波傳輸器件；（b）強磁子-磁子耦合而產生的手性磁子邊緣態；（c）超低阻尼、長磁螺旋序為邊緣態的傳輸提供了“磁子高速公路”。

相關研究成果近日以“Switchable long-distance propagation of chiral magnonic edge state”為題發表在國際學術期刊《Nature Materials》（自然·材料）上。編輯以“Efficient propagation of a chrial magnonic edge state in a strongly correlated oxide”為題特別出版了一期“研究簡報”（Research Briefing）重點宣傳了相關工作。北師大物理系2021級博士畢業生張躍林（現為北師大物理與天文學院講師）、2024級博士畢業生邱雷（現為西華大學講師）、博士后吳世喆（現為天工大副教授），北航集成電路學院2021級博士畢業生陳濟雷（現為南科大副研究員）為論文共同第一作者。北師大物理與天文學院張金星、沈卡，以及北航集電學院于海明為本論文的共同通訊作者。其他合作者也對本工作給予了重要實驗和理論幫助。該工作得到了國家杰出青年科學基金、科技部重點研發計劃的支持，國家自然科學基金面上項目和青年基金、北京市自然科學基金以及中央高校基本業務經費等項目的資助對本文發表亦有幫助。

這項由我國科學家提出并獨立完成的工作，不僅為超低功耗后摩爾芯片的設計提供了具有潛力的候選材料，也為探索和操控磁子等新奇物態提供了全新的低維量子體系。