声学频率滤波器将电信号转换为微型化声波，用于在智能手机中分离移动通信、Wi-Fi和GPS的不同频段。德国莱茵兰-普法尔茨技术大学（RPTU）的物理学家现已表明，这种微型化的声波可以与钇铁石榴石中的自旋波强耦合，这导致在吉赫兹频率范围内产生新的混合自旋-声波。

使用这种纳米尺度的混合自旋-声波，为即将到来的6G移动通信世代提供了实现灵活频率滤波器的途径。RPTU研究人员的基础研究已发表在期刊《Nature Communications》。

表面声波(SAWs)无处不在。它们在地震波形式中释放出破坏性力量，但也构成了迷你化频率滤波器的核心，每天为数十亿次GHz频率移动通信在智能手机中使用。

由Mathias Weiler教授领导的研究团队正在致力于为下一代基于声波的微波组件建立物理基础。关键在于将成熟的SAW技术与自旋现象连接起来。

Weiler教授解释说：“声波不仅可以在空气中传播，也可以在物质中传播。在此过程中，材料的晶格原子会振动。”由于晶格原子的电子具有量子力学的角动量，即自旋，这也可以被激发振动。声波因此能够在磁有序材料中产生自旋波。

声波与自旋波共存

研究团队研究了在铁磁绝缘体钇铁石榴石(YIG)中自旋的这种集体声学激发。YIG具有极长的自旋波寿命，使其成为理想的研究对象。最近发表的工作显示，在纳米结构化表面声波谐振器中可以形成混合激发——即所谓的磁振子-声子(magnon-polaron)。

该研究的第一作者Kevin Künstle表示：“我们观察到，自旋与声波的量子力学耦合可以导致一种全新的‘嵌合’准粒子的形成，它既不是声波也不是自旋波。在这种激发中，自旋和声波不再能够被分离，而是共存。”

声学滤波器与铁磁绝缘体的结合

特别地，研究人员能够证明这种嵌合波在其声波状态和自旋状态之间周期性振荡。这种振荡的特征跃迁频率——即所谓的Rabi频率——显著高于系统中的所有损耗率。这显然证明系统处于强耦合区域。

由Akashdeep Kamra教授领导的RPTU工作组同事提出了一个理论模型，可定量预测观察到的耦合强度，以解释这些现象。

对耦合现象的定量理解和对自旋-声波耦合强度的控制（也在研究中得到证明）为利用声波和自旋波的混合状态进行技术应用打开了新的视角。Weiler教授补充说：“我们的混合自旋-声波激发结合了微波技术的两大支柱：声学滤波器和铁磁绝缘体。”

“未来，这类系统可用于扩展迷你化微波组件的功能。例如，可以实现运行期间可调节的灵活频率滤波器。这为实施6G通信网络——未来的移动通信标准——开启了新的概念。”

来源：Phys网站