富含铁的赤铁矿常见于岩石和土壤，具有磁性，使其成为超快速下一代计算的有希望材料。
在2023年，瑞士洛桑联邦科技学院（EPFL）的研究人员成功地使用一种称为自旋波的无电荷磁波发送和存储数据，而不是传统的电子流。该团队由工程学院的Dirk Grundler领导，隶属于纳米尺度磁材料与磁性学实验室，使用射频信号激发自旋波，足以逆转微小纳米磁体的磁化状态。例如，当从0切换到1时，这使得纳米磁体能够存储数字信息；这一过程被用于计算机内存以及更广泛的信息和通信技术。
这项工作是朝着可持续计算迈出的重大一步，因为通过自旋波编码数据（其準粒子称为自旋子）可以消除与基于电子的设备相关的能量损失，或称焦耳加热。但在那时，自旋波信号无法用于重置磁位，以覆盖现有数据。
现在，Grundler的实验室与中国北京航空航天大学的同事合作，已在《自然物理》期刊上发表的研究可能使得这种重复编码成为可能。具体来说，他们报告了赤铁矿中前所未有的磁行为：这是一种丰盛的铁氧化物化合物，且比目前在自旋电子学中使用的材料更为环保。
Grundler解释道：“这项工作表明，赤铁矿不仅是已知材料（如钇铁石榴石）的可持续替代品。它展示了全新的自旋物理，可以用于超高频信号处理，这对超快速自旋电子设备的发展及其在下一代信息和通信技术中的应用至关重要。”
两个自旋子模式胜过一个
这一发现出乎意料，当EPFL校友Yu Haiming（现为北京航空航天大学MIIT自旋电子学重点实验室的教授）检测到来自赤铁矿上一个纳米结构铂条的一些奇怪电信号。该信号由同一团队的研究员Lutong Sheng测得，与在传统磁性材料上观察到的任何信号都不同，因此Yu的团队将他们的设备送往Grundler的实验室进行分析。
在检查样品中的自旋子信号时，Grundler注意到它们空间分布中的“波动”。Yu说：“这一敏锐的观察最终导致了干涉模式的发现，这是这项研究的关键转折点。”确实，通过光散射显微镜，EPFL博士生Anna Duvakina确定了赤铁矿样品中的奇怪电信号与两种不同的自旋波激发之间的干涉模式有关，这两种激发称为自旋子模式。
其他磁性材料如钇铁石榴石仅产生一种自旋子模式，但具有两种自旋子模式至关重要：这意味着自旋子产生的自旋电流可以在同一设备上在相反的极化间来回切换，从而可以以任意方向切换纳米磁体的磁化状态。从理论上讲，这最终可能允许数字数据的重复编码和存储。接下来，研究人员希望通过将一个纳米磁体安装在赤铁矿设备上来测试这个想法。
Grundler说：“人类已知赤铁矿已有数千年，但它的磁性对于标准应用而言太弱。现在，结果发现它的性能超过了为1950年代微波电子学优化的材料。这就是科学的美妙之处：你可以利用这种古老、丰富的材料，找到适合它的非常及时的应用，这可能使我们能以一种更高效和可持续的方式进行自旋电子学。”
