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近年來，磁振子電子學在信息計算和信息傳輸領域表現出了極具價值的應用潛力。磁振子電子學利用以磁振子為載體的電子自旋進動來實現信息處理，有望實現無熱量產生、低耗散的信息傳輸，相比于傳統意義上通過操縱電荷來實現信息的處理的微電子學具有無可比擬的巨大優勢。磁振子電子學領域的進展很大程度上依賴于能夠有效傳輸磁振子的新材料的發現，而獲得長距離的磁振子輸運始終是磁振子電子學研究的重中之重。與通常的三維磁性絕緣體（如Yttrium Iron Garnet）相比，二維尺度下的磁振子被理論預言有很多的新穎物理效應，例如自旋能斯特效應，拓撲磁振子，以及外爾磁振子等。 在最新的研究文章中，量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸的磁振子。在二維反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現出e指數衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 該文章中的結果具有重要的學術價值：二維材料中的磁振子輸運實現為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。 該工作于2019年2月7日在線發表于物理學術期刊Physical Review X上(Phys. Rev. X 9, 011026 (2019) )。 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.011026。該工作由韓偉研究員設計和指導完成，北京大學量子材料科學中心2015級博士生邢文宇為文章第一作者，物理學院2015級本科生邱露頤為第二作者（今年9月份將去哈佛大學讀博士），韓偉研究員為文章通訊作者。本工作的順利完成得到了量子材料科學中心賈爽教授和謝心澄院士的合作幫助，以及國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項的支持。

北京大學物理學院/定量生物學中心歐陽頎課題組在Nature Physics發表題為“The energy cost and optimal design for synchronization of coupled molecular oscillators”（文章網址：https://www.nature.com/articles/s41567-019-0701-7）文章，揭示了互相耦合的分子振子達到同步化所需的熱力學代價，表明分子振子的同步化需要額外能量耗散，并揭示了能量耗散與所能達到的最優同步化效果及耦合的最佳設計之間的關系。 振子之間的同步化現象在自然界是非常普遍的現象，許多非線性理論與實驗很好地回答了很大一部分非線性振子中的同步化問題。然而，對于分子振子而言，他們的振蕩節律由隨機的、大噪聲的生化反應所決定，與之前相對成熟的非線性理論所涉及的情況有所不同。這類分子振子的同步化規律，尤其是同步化所需的熱力學代價尚不明確。 歐陽頎課題組與美國IBM T. J. Waston 研究中心/北京大學定量生物學中心杰出訪問教授的涂豫海教授展開合作研究，首次在理論上闡明了實現分子振子同步化所需的熱力學代價。該研究提出一個簡單而普適的隨機理論模型，假設不同的分子振子之間被一些額外的分子間化學反應耦合起來從而使彼此的相位相互靠近，用以描述一般的可產生同步化振蕩的分子振子。在這個理論模型中，研究者們找到了單分子穩定振蕩狀態的概率密度的解析解，由此計算了不同條件下的能量耗散，并通過平均場近似得到了該振蕩出現同步化現象的條件。通過比較不同條件下的能量耗散，研究者發現，若要實現分子振蕩的同步化，除去驅動單個分子振蕩的能量以外，還必須要有一部分不為零的額外的能量耗散。除此以外，當外界條件給定能量耗散的大小時，雖然可以通過調整模型中的參數達到各種不同的同步化效果，但是可以達到的最優的同步化效果由給定的能量耗散所限制。當能量耗散小于一個臨界值時（這個臨界值大于驅動單個分子振蕩的能量）同步化是不可能的，給定的能量耗散越大，所能達到的最優同步化效果越好。該結論具有一定的普適性。隨后研究者在藍藻的生物鐘系統中檢驗了該理論，驗證了生物體內的分子振蕩體系確實需要額外的能量來實現同步化。 北京大學物理學院博士生，歐陽頎課題組的張東良為該文章的第一作者，涂豫海教授為通訊作者，合作者包括歐陽頎教授和美國加州圣地亞哥分校的博士后曹遠勝博士。