电荷和自旋是电子的两个基本内禀属性。近几十年利用电子电荷属性发展的微电子器件,已经引发了信息产业的革命。另一方面,面对抑制器件功耗的需求,进一步利用电子自旋属性,将有望以自旋作为信息载体,发展新的器件,实现更高密度的数据存储和先进的量子计算。特别是绝缘体中自旋信息的传播,能够避免流动电子的欧姆损失,从而充分发挥自旋长寿命、低耗散的信息载体优势。磁子是电子自旋应用中的核心概念。它描述了自旋受集体激发时的行为。磁子可以与不同的物理体系,例如声子、光子、电子等,发生相互作用,进而极大改变材料的声光电磁等物性。此外,磁子还可以与超导量子比特相互作用,进而在量子信息技术中发挥重要作用。正是由于这些性质与应用潜力,近年来关于磁子的研究获得了众多研究者的关注,磁子电子学、量子磁电子学等领域相继诞生。
铁磁绝缘体单晶球中的磁子态,最早于1956年由美国物理学家Robert L. White和Irvin H. Slot Jr.在实验中发现。根据他们的实验结果,同一年L. R. Walker给出了此类磁性块体对自旋波的空间约束态的数学描述,称为Walker modes。在随后长达70年中,块体磁性材料中研究的磁子态几乎都局限于Walker modes范畴。
图 (a)光诱导磁子态原理示意图,(b)光诱导磁子态的强耦合色散图,(c)强耦合劈裂随微波激励功率的幂次关系,(d)光诱导磁子非线性效应引发的纯磁子频率梳