该技术有望制造出仅有微米尺寸的微波器件。

美国科学家将磁自旋波与石墨烯中电子的行为联系起来，展示了两个看似无关的物理领域之间的联系，有望推动无线技术的微型化。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院的研究人员揭示了一种方法，可以使二维磁性系统遵循与二维石墨烯中可移动电子相同的方程。他们认为，这一发现可以改进用于无线和蜂窝网络的微波技术，并可能有助于设计新型射频器件，以及探索二维系统中的奇异行为。

该研究的主要作者、UIUC 博士生 Bobby Kaman 指出："二维电子学和二维磁性行为之间存在类比关系，这一点并不显而易见，我们仍然对这种类比的有效性感到惊讶。"

模仿石墨烯

石墨烯是由碳原子以六边形晶格排列而成的单原子层。它是构成石墨的基本单元，并因其独特的电子特性而广受欢迎。Kaman 是 UIUC 教授 Axel Hoffmann 博士研究小组的学生，他在研究超材料时意识到，石墨烯中的电子和磁子材料中的磁化波都可以像波一样行为。

这让他思考，能否通过工程手段让磁系统模仿电子在石墨烯中的运动方式。Kaman 说："石墨烯的独特之处在于其传导电子组成了无质量的波，所以我很好奇，如果改变磁子材料的物理几何结构使其看起来像石墨烯，它是否会产生类似石墨烯的行为。"

磁子，也称为自旋波，是材料内部的微观磁矩共同振荡时产生的集体波。这位博士生继续说道："我原以为它可能只有少数几个与石墨烯相似的特性，但这种类比比我预期的要深刻和丰富得多。"

一个令人惊讶的发现

为了验证这个想法，研究团队制造了一种磁子晶体——一种具有重复图案设计的磁性材料，用于控制自旋波的传播。它由一层薄薄的磁性薄膜构成，上面蚀刻有按六边形晶格排列的孔洞。

当团队计算自旋波如何穿过这种结构时，他们发现自旋波的能量和运动遵循与描述石墨烯电子相同的数学方程。此外，计算还揭示了九个不同的自旋波能带。其中一些能带的行为类似于石墨烯的无质量电子波。而另一些则对应于局域态，甚至表现出拓扑效应，这些现象可以产生高度鲁棒的波传输。

Hoffmann 表示，这项工作直接将一个工程化的自旋系统与一个基础物理模型联系起来。"众所周知，磁子晶体会产生大量依赖于结构和几何的复杂现象，其中大多数现象只是被记录下来，而并未被真正理解，"他说。"这个系统中的石墨烯类比为观察到的行为提供了一个清晰的解释。"

科学家们相信，这一发现可能在无线和蜂窝网络中使用的微波技术中具有实际应用价值。据 Hoffman 介绍，其中一种设备是微波环行器，它允许微波无线电信号仅沿一个方向传输。他在一份新闻稿中总结道："这些设备通常体积较大，但我们研究的磁子系统有可能将微波器件微型化到微米尺度。"

这项研究已发表在《物理评论X》期刊上。

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