摘要：近期，北京师范大学沈卡、张金星教授以及北京航空航天大学于海明教授合作在Nature Materials期刊上发表了题为「Switchable long-distance propagation of chiral magnonic edge states」的最

近期，北京师范大学沈卡、张金星教授以及北京航空航天大学于海明教授合作在Nature Materials期刊上发表了题为「Switchable long-distance propagation of chiral magnonic edge states」的最新论文。他们报道了在锰酸盐薄膜中实现室温长距离传播的手性磁振子边缘态。这些薄膜具有长距离反铁磁耦合的自旋螺旋（毫米级长度）和低磁性吉尔伯特阻尼（约3.04×10⁻⁴）。本研究通过直接观察非互易性自旋波传播和分析螺旋纹理中的强磁振子耦合，作者阐明了动态偶极相互作用在这种手性磁振子边缘态的产生与混杂中的关键作用。观察到的具有稳健手性的混杂磁振子可以通过外场下的不同阈值角度可逆地选择性开/关，表明其在纳米级多功能磁振器器件设计中的巨大潜力。

研究背景

相干自旋波（即磁振子）可以在不伴随电荷输运和焦耳热耗散的情况下传播。具有纳米级自旋通道的室温长距离自旋波传播被认为是集成磁振器应用的潜在方案，但在实验上存在挑战。

在此，北京师范大学沈卡、张金星教授以及北京航空航天大学于海明教授合作在报道了在锰酸盐薄膜中实现室温长距离传播的手性磁振子边缘态。这些薄膜具有长距离反铁磁耦合的自旋螺旋（毫米级长度）和低磁性吉尔伯特阻尼（约3.04×10⁻⁴）。

本研究通过直接观察非互易性自旋波传播和分析螺旋纹理中的强磁振子耦合，作者阐明了动态偶极相互作用在这种手性磁振子边缘态的产生与混杂中的关键作用。观察到的具有稳健手性的混杂磁振子可以通过外场下的不同阈值角度可逆地选择性开/关，表明其在纳米级多功能磁振器器件设计中的巨大潜力。

科学亮点

实验首次通过在锰酸盐薄膜中设计应变工程实现了低磁性阻尼（约3.04×10⁻⁴）和毫米级长距离反铁磁耦合的自旋螺旋通道，得到了室温下长距离传播的手性磁振子边缘态。

实验通过直接观测非互易性自旋波传播，分析了动态偶极相互作用对手性磁振子边缘态的产生及其混杂行为的关键作用。结果表明，这种手性模式高度局域化，并沿纳米通道边缘传播，传播距离可超过百微米。

实验进一步揭示了强磁振子–磁振子耦合特性，发现手性磁振子边缘态的混杂具有类似Damon–Eshbach模态的偶极起源，并实现了光学和声学磁振子的反铁磁共振以及自旋螺旋结构中的域壁磁振子激发。

实验通过外场控制，实现了手性磁振子边缘态的可逆开/关切换，且这一过程对不同阈值角度具有选择性。这表明其在设计多功能纳米级磁振器器件中具有重要应用潜力。

图文解读

图1 | 应变工程自旋螺旋中激发的磁振子模式。

图2 | 在动态偶极相互作用下观察非互易光学磁振子。

图3 | 强磁振子–磁振子耦合的观测。

图4 | 手性磁振子边缘态。

图5 | 长距离传播手性边缘态的可逆和选择性切换。

结论展望

本文通过原子级晶格应变的工程设计，成功实现了低阻尼且可调控的准反铁磁纹理，这为纳米尺度手性磁振子边缘态的高效传播奠定了基础。该手性边缘态不仅能够在室温下实现长距离传播，还具备通过外场调控的可逆开关特性，展现出其在多功能纳米器件中的潜力。这一发现对于未来磁性材料的设计提供了新思路，尤其是在量子技术和集成磁振器器件的应用中，低阻尼和手性磁振子的可调控性将为信息处理、量子计算等领域开辟新的研究方向。

此外，强偶极耦合作用在磁振子传播中的作用被揭示，推动了对自旋波传播机制的进一步理解。研究中的新型准反铁磁纹理不仅在磁振子耦合与传播方面提供了新的平台，还可能为磁性量子态的探索和与其他玻色子的耦合研究提供支持。

原文详情：

Zhang, Y., Qiu, L., Chen, J. et al. Switchable long-distance propagation of chiral magnonic edge states. Nat. Mater.24, 69–75 (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02065-x

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来源：Future远见