德國(guó)凱撒斯勞滕-蘭道工業(yè)大學(xué)（RPTU）研究團(tuán)隊(duì)在通信技術(shù)基礎(chǔ)物理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破，成功在磁性絕緣體“釔鐵石榴石”中達(dá)成聲波與自旋波的強(qiáng)耦合，為下一代通信架構(gòu)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

當(dāng)前，智能手機(jī)依賴聲頻濾波器分離移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi和GPS信號(hào)，但現(xiàn)有技術(shù)靈活性不足，難以滿足未來(lái)通信需求。該團(tuán)隊(duì)以微型化聲波與釔鐵石榴石內(nèi)部的自旋波為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一種全新物理效應(yīng)——在吉赫茲（GHz）頻率范圍內(nèi)，聲波與自旋波形成強(qiáng)烈相互作用，為突破技術(shù)瓶頸開(kāi)辟了新路徑。

研究原理基于量子層面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。聲波不僅能在空氣中傳播，在固體中也能引發(fā)晶格原子振蕩，而原子中的電子攜帶量子自旋，會(huì)對(duì)這種振動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)。當(dāng)材料具有磁性有序結(jié)構(gòu)時(shí)，聲波可激發(fā)自旋波。釔鐵石榴石作為亞鐵磁性絕緣體，因其自旋波壽命極長(zhǎng)，成為觀測(cè)聲學(xué)與磁學(xué)激發(fā)的理想載體。

在納米結(jié)構(gòu)的聲表面諧振器中，研究人員首次觀測(cè)到“磁子極化子（magnon polarons）”這一混合激發(fā)態(tài)。論文第一作者凱文·昆斯特勒（Kevin Künstle）將其描述為“嵌合波”——它既非單純的聲波，也非純粹的自旋波，而是兩者的共存體。這種混合波在聲態(tài)與自旋態(tài)間周期性振蕩，其轉(zhuǎn)換速率（拉比頻率）超過(guò)系統(tǒng)所有損耗率，標(biāo)志著系統(tǒng)進(jìn)入“強(qiáng)耦合機(jī)制”。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的量子理論模型進(jìn)一步量化了這一耦合強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)高度吻合。

該成果巧妙融合了微波技術(shù)的兩大核心：聲學(xué)濾波器與亞鐵磁性絕緣體。研究負(fù)責(zé)人馬蒂亞斯·魏勒（Mathias Weiler）教授指出，混合自旋-聲波激發(fā)機(jī)制為開(kāi)發(fā)“自適應(yīng)濾波器”提供了可能。與傳統(tǒng)固定頻率濾波器不同，新型器件可實(shí)時(shí)調(diào)整頻率，其靈活性與響應(yīng)速度完全契合未來(lái)6G通信架構(gòu)對(duì)信號(hào)控制的嚴(yán)苛要求，有望解決多頻段信號(hào)干擾這一長(zhǎng)期難題。