德国凯泽斯劳滕理工大学开发自旋波集成器件

德国凯泽斯劳滕理工大学开发出首个全集成可调自旋波器件，为后6G通信奠定基础
德国凯泽斯劳滕理工大学的研究团队成功研制出全球首个基于自旋波的完全集成且可调谐的技术组件，为未来超越当前5G和6G标准的通信技术开辟了全新路径。这项突破性研究成果已发表于国际知名学术期刊《先进材料》（Advanced Materials）。

该研究由德国凯泽斯劳滕理工大学物理系的里卡多·贝尔塔科（Riccardo Bertacco）教授领衔，与德国莱茵兰-普法尔茨技术大学（RPTU）凯撒斯劳滕-兰道校区的菲利普·皮罗（Philipp Pirro）教授，以及意大利国家研究委员会材料研究所（CNR-IOM）的西尔维娅·塔基（Silvia Tacchi）博士合作完成。

自旋波技术：超越传统电子学的信号载体
磁振子学（Magnonics）是一种新兴技术，它利用磁性材料中电子自旋的集体激发——即磁振荡（磁振子）——作为信息载体，替代传统基于电荷流动的电子信号。这一方法有望大幅降低功耗、提高运行频率，并增强设备的可重构性。然而，该技术的实际应用长期以来受制于对外部磁场的依赖，难以实现芯片级集成。

突破性设计：无需外部磁场的全集成器件
德国凯泽斯劳滕理工大学团队提出的新型器件彻底克服了这一障碍。该器件具有以下关键特征：

高度微型化：尺寸仅为100 × 150 平方微米，比目前基于声波的高频信号处理器件更小。

完全硅基集成：与现有半导体电子平台兼容，便于产业化应用。

内置磁场系统：通过创新结合永磁体钐钴（SmCo）微磁体与磁通集中器，无需外部磁场即可工作，实现了真正意义上的全集成。

技术性能与可调谐性
该自旋波波导采用钴铁硼（CoFeB）材料制成，集成有高频信号输入与输出天线。通过调节永磁体与集中器之间的距离，可实现11至20.5毫特斯拉的横向磁场精确调控。相应地，器件工作频率可在3至8吉赫兹范围内设定，在6吉赫兹频率下可实现高达120度的相位偏移。

研究人员强调，该原型器件不仅验证了技术原理，更在不依赖外部磁场的条件下，成功实现了延迟线与移相器的功能。其设计可与微机电系统（MEMS）集成，支持器件功能的实时重构。选用钐钴永磁体可确保器件在高达200°C的温度下保持磁性能稳定，且无需消耗能量即可维持磁场。

学术与应用展望
德国凯泽斯劳滕理工大学物理系贝尔塔科教授指出：“这一成果是将自旋波技术从实验室推向实际应用的关键一步，未来可广泛应用于通信系统与电子电路。”

CNR-IOM的西尔维娅·塔基博士补充道：“该进展是磁学领域的重要突破，使自旋波芯片与电子设备的集成更近一步。”

项目背景与欧洲合作
该器件的研发属于欧盟“地平线欧洲”（Horizon Europe）计划资助的MandMEMS项目的一部分。项目协调人、RPTU的菲利普·皮罗教授表示：“以此里程碑为基础，我们将继续迎接后续挑战，如进一步提升器件传输效率。基于目前已实现的显著进展，我们有信心在不久的将来推出基于自旋波芯片的、具备市场竞争力的6G通信设备。”

该合作联盟汇聚了欧洲多所研究机构及产业伙伴，涵盖磁学、MEMS、高频电子与材料科学等多个专业领域。其目标是构建一个技术平台，推动未来通信设备向更高能效、更紧凑、可重构的方向发展，为电信与高频电子领域开拓新的应用场景。

未来影响
凭借此项创新，德国凯泽斯劳滕理工大学、RPTU与CNR-IOM共同为紧凑、节能、高性能的新一代器件奠定了基础。这类器件不仅对未来电信标准至关重要，也有望推动消费电子、汽车电子、诊断设备以及所有依赖高频信号集成处理的应用领域实现技术跃升。