近日，國(guó)際物理學(xué)頂級(jí)期刊Physical Review Letters在線發(fā)表了物理學(xué)院王棋教授領(lǐng)導(dǎo)的納米磁子學(xué)物理與器件課題組最新研究成果，論文題為“Stimulated Magnonic Frequency Combs(受激磁子頻率梳)”。課題組碩士研究生郭雪玉、電子科大博士生龔天賜和中國(guó)科學(xué)院物理所博士后蘭貴彬?yàn)檎撐墓餐谝蛔髡?，電子科技大學(xué)嚴(yán)鵬教授、中國(guó)科學(xué)院物理研究所于國(guó)強(qiáng)研究員和王棋教授為共同通訊作者，我校物理學(xué)院為第一完成單位。此外，中國(guó)科學(xué)院物理研究所韓秀峰研究員也參與了該項(xiàng)研究工作。
 

　　頻率梳(Frequency Comb)是一系列等間隔排列的離散頻率譜線，自誕生以來(lái)已成為精密測(cè)量領(lǐng)域最重要的工具之一。近年來(lái)，隨著磁子學(xué)(Magnonics)的快速發(fā)展，利用自旋波(Spin Wave)的非線性相互作用構(gòu)建磁子頻率梳成為國(guó)際研究熱點(diǎn)。與光學(xué)頻率梳相比，磁子頻率梳具有工作于微波頻段、非線性作用強(qiáng)、易于片上集成等優(yōu)勢(shì)，在微波信號(hào)處理、弱磁探測(cè)、量子磁子學(xué)和類(lèi)腦計(jì)算等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)磁子頻率梳主要依賴三磁子散射過(guò)程，受到嚴(yán)格的能量和動(dòng)量守恒限制，激發(fā)閾值高、調(diào)控能力有限，同時(shí)不同梳齒之間是否真正保持相干一直缺乏直接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
 

　　針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種受激磁子頻率梳的新機(jī)制。如圖1所示，研究人員在有限尺寸磁性矩形結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)低頻種子信號(hào)，通過(guò)受激三磁子散射過(guò)程顯著降低了磁子頻率梳的激發(fā)閾值，實(shí)現(xiàn)了頻率梳的穩(wěn)定產(chǎn)生。與傳統(tǒng)方案相比，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)梳齒間隔和梳齒數(shù)量的獨(dú)立調(diào)控：頻率梳間隔由種子頻率決定，而梳齒數(shù)量則由種子功率控制，從而實(shí)現(xiàn)了磁子頻率梳譜結(jié)構(gòu)的靈活可編程調(diào)節(jié)。理論分析、微磁學(xué)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果三者高度一致，驗(yàn)證了該機(jī)制的正確性。
 

　　頻率梳最重要的特征不僅是等間隔譜線，更重要的是不同梳齒之間具有穩(wěn)定的相位關(guān)系。為此，研究團(tuán)隊(duì)搭建了相敏異頻測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)不同頻率梳齒進(jìn)行了直接相位測(cè)量。如圖2所示，實(shí)驗(yàn)直接觀測(cè)到不同頻率梳齒之間長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的相位差，證明了所產(chǎn)生的磁子頻率梳具有真正的相干性，而不僅僅是普通的非線性頻譜展寬。這一結(jié)果為磁子頻率梳應(yīng)用于高精度測(cè)量、相干信息處理和量子磁子學(xué)奠定了重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
 

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，受激磁子頻率梳具有良好的可調(diào)控特性。通過(guò)調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)、種子頻率和種子功率，可以連續(xù)調(diào)控頻率梳的散射效率、頻率間隔以及覆蓋頻譜范圍，實(shí)現(xiàn)了頻率梳性能的精確控制。研究團(tuán)隊(duì)建立了完整的理論模型，揭示了受激三磁子散射過(guò)程中不同模式之間的能量交換規(guī)律，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合。該工作突破了傳統(tǒng)三磁子散射受限于嚴(yán)格動(dòng)量守恒和高激發(fā)閾值的瓶頸，為片上可調(diào)磁子頻率梳、微波頻率合成、高靈敏磁場(chǎng)傳感以及新型磁子信息處理器件的發(fā)展提供了新的技術(shù)路線。
 

　　引用：物理學(xué)院王棋課題組受激磁子頻率梳研究獲重要進(jìn)展-華中科技大學(xué)【引用時(shí)間：2026年7月20日】