自旋波(也称为磁振子)是一种通过材料传播的电子自旋变化，它可以从根本上改变设备存储和携带信息的方式。自旋波不会散射或与其他粒子耦合。在合适的条件下，它们甚至可以像超流体一样，以零能量损失穿过材料。

但是，它们这一如此强大的特性也使它们几乎无法测量。在之前的一项研究中，哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员展示了在二维石墨烯磁体中激发和检测自旋波的能力，但他们无法测量到这种波的任何特定性质。

不过现在，SEAS研究人员展示了一种测量石墨烯中自旋波的典型特性的新方法。该研究发表在近期的《自然物理学》上。

SEAS物理学和应用物理学教授、该论文的资深作者Amir Yacoby说：“在之前的实验中，我们只知道我们可以产生自旋波，但我们对它们的性质一无所知。通过这项新工作，我们可以确定所有这些定量的数字，包括自旋波的能量和数量、它们的化学势和温度。这是一个非常重要的工具，我们可以用它来探索产生磁振子的新方法，并让我们更接近实现自旋超流性。”

测量自旋波的特性就像测量潮汐波的特性一样。如果水本身是不可检测的。如果你看不到水，你又如何测量潮汐的速度、高度或数量？有一种方法是在系统中引入一些你可以测量的东西，比如冲浪者。可以通过测量冲浪者的速度来检测潮汐波的速度。

在该团队的这种情况下，Yacoby和他的团队使用了电子“冲浪板”。研究人员从量子霍尔铁磁体开始。量子霍尔铁磁体是由二维材料制成的磁体，他们用到的代表是石墨烯，其中的所有电子的自旋方向都相同。如果将具有不同自旋的电子引入该系统，它将利用能量来翻转其相邻电子的自旋。

但是研究小组发现，当他们将具有不同自旋的电子注入系统然后产生自旋波时，电子翻转其邻居所需的能量就会下降。

SEAS的研究生、该研究的共同第一作者Andrew T. Pierce说：“令人惊讶的是，不知何种原因，我们放入系统中的电子对自旋波的存在很敏感。这几乎就像是这些电子抓住波并用它来帮助翻转它们邻居的自旋一样。”

SEAS博士后、该研究的共同第一作者Yonglong Xie说：“自旋波不喜欢与任何东西相互作用，但通过使用电子和这种能量成本作为探测自旋波特性的代理，我们可以确定化学势，通过结合了解温度和其他一些特性，为我们提供了对磁振子的完整描述。这对于了解波是否接近达到超流的极限至关重要。”

该研究还可以提供一种通用方法来研究其他难以测量的奇异系统，例如最近发现的莫尔材料，这些材料有望支持各种波，如本工作中研究的自旋波。（编译:Qtech）