近日，深圳国际量子研究院陈济雷课题组与合作者在范德华反铁磁自旋波研究中取得重要进展。研究团队在范德华反铁磁半导体中首次实验观测到反铁磁表面自旋波的传播行为，并发现其呈现出近乎单向的非互易传播特性，可通过反转外加磁场方向实现传播方向的可控翻转。相关研究成果以“Surface Magnon Propagation in a van der Waals Antiferromagnet”为题，于2026年2月5日发表在物理学顶级期刊 Physical Review Letters 上。

自旋波是磁性材料中电子自旋集体进动形成的激发，其量子化形式被称为磁子。与铁磁体系相比，反铁磁自旋波具有更高的群速度以及对外界扰动更强的抗干扰能力。1971年，前苏联科学家 V. V. Tarasenko 和 V. D. Kharitonov 在理论上预言了反铁磁自旋波表面态的存在，其固有的非互易传播特性有望突破传统电子与自旋器件的物理极限，实现基于自旋波的二极管、晶体管等重要逻辑功能。然而，在传统反铁磁材料中，强交换相互作用通常将自旋波本征频率推高至太赫兹能段，同时极大抑制偶极相互作用，使得反铁磁自旋波表面态仅能在极端苛刻、近乎不可实验实现的微小窗口内存在。因此，该类表面态长期停留在理论设想阶段，在实验上始终未能被观测与验证，成为反铁磁研究领域持续半个多世纪的核心难题之一。

范德华反铁磁材料的出现为这一难题提供了新的解决思路。CrSBr 作为一种 A型层状范德华反铁磁体，具有弱层间交换耦合，其反铁磁自旋波频率被有效降低至GHz微波频段。在本工作中，研究团队将 CrSBr 单晶置于微波天线之上，利用全电学微波手段，系统研究了其中反铁磁自旋波的传播行为。实验结果表明，在特定磁场强度与方向范围内，反铁磁自旋波呈现出极强的非互易性，实现了近乎单向的反铁磁自旋波传播。进一步研究发现，该单向传播行为出现在反铁磁自旋波光学与声学支发生反交叉的频率区间，且通过反转外加磁场方向即可切换自旋波的传播方向。结合理论模型计算，研究团队将实验结果与基于两位苏联科学家提出的反铁磁静磁表面自旋波理论进行了对比，确认了该非互易效应源于磁偶极相互作用主导的反铁磁表面自旋波。

本研究首次在范德华反铁磁体系中清晰揭示并实现了可调控的表面自旋波非互易传播机制，突破了长期以来反铁磁自旋波表面态难以实验实现的关键瓶颈，不仅深化了对反铁磁自旋波动力学行为及其表面态物理本质的认识，也为进一步发展反铁磁自旋波二极管、隔离器以及低功耗片上集成自旋波电路提供了全新的材料体系与器件设计思路。

该工作的第一单位为深圳国际量子研究院，第一作者为陈济雷副研究员、日本原子能中心资深科学家Kei Yamamoto研究员，深圳大学博士生康晨旭和英国剑桥大学博士生袁润东。陈济雷副研究员、深圳大学曾昱嘉教授、日本理化学研究所Sadamichi Maekawa教授和北京航空航天大学于海明教授为通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、广东省科技厅等单位的大力支持，以及深圳鲲腾易必目科技有限责任公司的技术支持。