信号提升超5000倍，自旋波集成电路落地提速

日本东北大学、信越化学工业株式会社与洛桑联邦理工学院（EPFL）联合研究团队，研发出一种可让自旋波低损耗高效绕过急弯的全新技术，为高能效计算领域带来重要突破。研究团队采用二维磁振子晶体结构——在磁性石榴石薄膜上铺设带有六边形微孔阵列的铜（Cu）薄膜，经计算验证，自旋波沿Z型路径传输的效率，较传统波导提升5000倍以上。

自旋波对芯片的价值

随着人工智能与数据中心能耗持续攀升，传统电子器件产生的发热问题日益严峻。自旋波是磁性材料内的磁化波动，依靠其传输信息，产生的热量远低于电子迁移模式，有望实现低功耗计算。但自旋波在传输过程中易快速衰减，经过波导弯折处时损耗尤为明显，这一信号损耗难题长期以来都是制约自旋波电路落地应用的最大障碍。

全新磁振子晶体设计

该项研究成果发表于《Physical Review Applied》期刊。团队对2024年提出的技术思路进行逆向优化：不再将铜圆盘置于石榴石薄膜表面，而是改用带六边形微孔阵列的铜薄膜覆盖其上，相邻微孔之间通过细缝连通。

三维电磁仿真结果显示，该新型结构可形成完全磁振子禁带，能够对任意入射方向的自旋波实现反射。这也是业界首次在基于磁性石榴石的二维磁振子晶体中实现完全磁振子禁带。目前，团队已针对这款核心波导结构提交专利申请。

磁振子晶体计算模型图源：Physical Review Applied(2026)

实现自旋波弯折传输

研究团队在晶体结构中移除一排微孔，形成线缺陷，以此构筑出Z型传输通道。测试对比发现，传统脊型波导中的自旋波无法完成全程传输，而采用新结构的自旋波可稳定通行，信号传输强度达到传统方案的5000倍以上。

东北大学电气通信研究所的Taichi Goto副教授表示：“实现自旋波无损弯折传输，一直是该领域的一大难题。我们转换研发思路，不再对磁性石榴石基材进行刻蚀，而是在其表面制备图形化金属薄膜，最终找到自旋波低损耗绕过急弯的解决方案。这为自旋波集成电路的实用化扫清了障碍，未来有望大幅降低数据中心的用电成本。”