近日，在俞大鹏院士的带领下，深圳国际量子研究院陈济雷副研究员、盛路通助理研究员联合瑞士洛桑联邦理工大学Dirk Grundler教授课题组及北京航空航天大学于海明教授课题组，在反铁磁自旋流手性调控研究方面取得重大突破。研究团队首次在反铁磁绝缘体α-Fe₂O₃中观测到反铁磁自旋波的相干干涉现象，创新性地采用电学与光学协同表征手段，系统揭示了自旋波在频域和空间上的干涉条纹分布特征，并成功实现通过调控自旋波频率来精确控制输出自旋流手性的突破性功能。这项重要研究成果以"Control of spin currents by magnon interference in a canted antiferromagnet"为题，于2025年4月23日发表在Nature Physics（DOI: 10.1038/s41567-025-02819-7）。

自旋流的调控是自旋电子学应用的核心科学问题。在铁磁材料中，由于时间反演对称性破缺，自旋泵浦效应产生的自旋流必须为右手手性；而反铁磁材料内禀存在的两个相反进动手性亚磁矩，为实现自旋流手性调控提供了独特优势。该研究首次利用反铁磁中的自旋波干涉效应实现了自旋流手性的可控输出，提供了一种无需改变磁场或温度即可调控自旋流手性的方法，为基于反铁磁手性的逻辑运算与计算技术带来全新可能。

图1. 反铁磁自旋波器件以及自旋波干涉机制示意图

本研究在室温条件下，通过α-Fe₂O₃反铁磁体系中自旋波的相干干涉效应，成功实现了自旋流手性的精确调控。在实验表征方面，研究团队采用高空间分辨率的布里渊光散射显微技术（BLS），首次直接观测到反铁磁自旋波形成的清晰干涉图案；同时创新性地通过逆自旋霍尔效应（ISHE）电压的振荡特性，实现了对右手性与左手性自旋流的电学区分检测。理论分析表明，两个线性极化自旋波模式的干涉效应源于其传播过程中建立的相位延迟，这一关键物理机制直接决定了自旋电流极化的周期性调制。该研究成果一方面通过BLS技术和电学检测的双重验证，证实了反铁磁体中基于自旋波干涉的高度可控自旋电流生成机制；另一方面，所提出的频率调控自旋电流极化方法，为开发基于磁子自旋矩的纳米磁体可编程切换技术提供了新思路。这项突破性成果不仅深化了对反铁磁自旋动力学的理解，更为相干反铁磁自旋电子学这一新兴领域的发展开辟了新的研究方向，在低功耗自旋电子器件开发方面展现出重要的应用前景。

图2. 反铁磁自旋波在频域和空间上的干涉条纹以及手性变化

该工作的第一作者为国量院盛路通助理研究员，瑞士洛桑联邦理工大学博士生Anna Duvakina，瑞士苏黎世理工大学博士生王涵晨（原国量院访问学生），日本理化学所Kei Yamamoto研究员和英国剑桥大学博士生袁润东。瑞士洛桑联邦理工大学Dirk Grundler教授和北京航空航天大学于海明教授为通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、广东省科技厅等单位的大力支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-02819-7