科研快讯 | 磁性涡旋核实现的自旋波倍频

 近日，浙江大学基础交叉仪器创新支撑中心成员、量子精密测量研究院王成杰研究员联合中国科学技术大学物理学院石发展教授团队在Nano Letters发表题为“Spin-Wave Frequency Multiplication by Magnetic Vortex Cores”的研究成果。

 倍频是一种通过输入频率产生谐波的技术，对于集成不同工作频率下的自旋波器件尤为重要。拓扑磁结构因其具有可调谐性和纳米尺度特性，为产生自旋波谐波提供了可能，磁涡旋成为实现磁子频率倍增器的理想候选体系。然而，倍频的实验证据迄今尚未见报道。

 本研究采用基于氮-空位（NV）色心的宽场磁成像技术，研究了微米级圆盘中形成的磁涡旋的自旋波动力学。实验发现，在微波场驱动下，涡旋核的旋进运动可激发产生相干的自旋波谐波。研究团队观测到了覆盖输入微波频率14阶以上的谐波，并发现这些谐波的空间分布与涡旋结构之间存在关联。进一步分析表明，倍频过程源于磁涡旋核的旋进运动，且这些谐波具有相位稳定性。这一发现揭示了一种普适机制：当类δ函数结构（如涡旋核）进行周期运动时，会在频域上产生频率梳。这一机制为在不同系统中开发微型化频率梳器件提供了重要启示。据悉，本研究首次在拓扑磁结构中直接探测到自旋波倍频现象，不仅为创建纳米尺度、可调谐的基于自旋的倍频器奠定了基础，也为在多种系统中开发微型频率梳提供了新的可能性。