6G何时成为现实？实现第六代（6G）无线通信系统的竞赛需要开发合适的磁性材料。来自大阪都立大学的科学家及其同事在称为手性自旋孤子晶格（CSL）的磁性上层结构中检测到前所未有的高频集体共振，揭示了CSL承载手性螺旋体是6G技术的有前途的材料。该研究发表在《物理评论快报》上。

未来的通信技术需要将频段从目前的几千兆赫（GHz）扩展到100 GHz以上。鉴于通信设备中使用的现有磁性材料只能与具有实际强度磁场的高达约70 GHz的微波共振和吸收，因此这种高频率尚不可能实现。为了解决知识和技术上的差距，由大阪城市大学的Yoshihiko Togawa教授领导的研究小组深入研究了螺旋自旋上部结构CSL。

“CSL在周期性方面具有可调结构，这意味着它可以通过改变外部磁场强度来连续调制，”Togawa教授解释说。“CSL声子模式或集体共振模式 - 当CSL的扭结围绕其平衡位置集体振荡时 - 允许的频率范围比传统铁磁性材料更宽。这种CSL声子模式在理论上已经得到理解，但从未在实验中观察到。

为了寻找CSL声子模式，该团队在CrNb上进行了实验。3S6，一种典型的手性磁性晶体，承载CSL。他们首先在CrNb中生成了CSL。3S6然后观察其在不断变化的外部磁场强度下的共振行为。使用专门设计的微波电路来检测磁共振信号。

研究人员观察到三种模式的共振，即“Kittel模式”，“非对称模式”和“多重共振模式”。在Kittel模式下，与传统铁磁材料中观察到的情况类似，只有当磁场强度增加时，共振频率才会增加，这意味着创建6G所需的高频将需要不切实际的强磁场。CSL声子也没有在不对称模式下找到。

在多重谐振模式下，检测到CSL声子;与目前使用的磁性材料相比，当磁场强度降低时，频率自发增加。这是一个前所未有的现象，可能会在相对较弱的磁场下将频率提高到100 GHz以上——这种提升是实现6G可操作性急需的机制。

“我们第一次成功地观察到这种共振运动，”第一作者Yusuke Shimamoto博士指出。“由于其出色的结构可控性，谐振频率可以在宽频段上控制，最高可达亚太赫兹频段。这种宽带和变频特性超过5G，有望用于下一代通信技术的研发。

更多信息：Y. Shimamoto等人，具有可调磁力色散的手性自旋孤子晶格中集体共振模式的观察，物理评论快报（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.128.247203

期刊信息：物理评论快报