祥和的假期中，市场并不宁静
刚刚过去的一个礼拜金价在与风险偏好相向中，受到支撑，不但维持在1550美元/盎司以上，甚至还上涨了约0.8%。COMEX 2月份的黄金期货收盘上涨了6.5美元，收于1571.90美元/盎司，涨幅为0.42%下礼拜，市场上将密切关注美联储周三的利率决定、以及出现新的地缘政治紧张局势的可能性。目前市场上一致认为，美联储将维持利率不变。从外媒看到，芝加哥商品交易所(CME)的美联储观察工具显示，利率维持在当前水平的几率为87.3%，加息25个基点的几率为12.3%从这个数据里我们可以预计，美联储今年大部分时间将维持利率不变，然后在年底前降息一次 不过，市场上也不是所有人都将美联储的会议看作是下个礼拜的重大事件还有人更关心石油市场和利比亚伊拉克事件之中的关联反应，从中来寻找对于金价的有利因素 目前从技术面来看在上行方向中，我们要关注1568美元的位置，如果金价收于该水准之上意味着金价已恢复上行轨道。下行方向关注1550美元支撑，短期内金价持将在1550-1570美元的窄幅区间内波动 除美联储宣布利率外，下礼拜还将公布一些重要的宏观经济数据，其中包括美国楼市数据——周一将公布新屋销售数据，周三将公布成屋签约销售数据。美国耐用品订单报告和谘商会消费者信心指数定于周二公布。周四将公布美国第四季度GDP数据和初请失业金人数。PCE物价指数和个人支出将于周五公布。 此外，英国央行也将在周四发布利率声明，这将是英国央行行长卡尼最后一次召开货币政策会议，市场经济目前普遍认为英央行会维持利率不变
刚刚过去的一个礼拜金价在与风险偏好相向中，受到支撑，不但维持在1550美元/盎司以上，甚至还上涨了约0.8%。COMEX 2月份的黄金期货收盘上涨了6.5美元，收于1571.90美元/盎司，涨幅为0.42%下礼拜，市场上将密切关注美联储周三的利率决定、以及出现新的地缘政治紧张局势的可能性。目前市场上一致认为，美联储将维持利率不变。从外媒看到，芝加哥商品交易所(CME)的美联储观察工具显示，利率维持在当前水平的几率为87.3%，加息25个基点的几率为12.3%从这个数据里我们可以预计，美联储今年大部分时间将维持利率不变，然后在年底前降息一次 不过，市场上也不是所有人都将美联储的会议看作是下个礼拜的重大事件还有人更关心石油市场和利比亚伊拉克事件之中的关联反应，从中来寻找对于金价的有利因素 目前从技术面来看在上行方向中，我们要关注1568美元的位置，如果金价收于该水准之上意味着金价已恢复上行轨道。下行方向关注1550美元支撑，短期内金价持将在1550-1570美元的窄幅区间内波动 除美联储宣布利率外，下礼拜还将公布一些重要的宏观经济数据，其中包括美国楼市数据——周一将公布新屋销售数据，周三将公布成屋签约销售数据。美国耐用品订单报告和谘商会消费者信心指数定于周二公布。周四将公布美国第四季度GDP数据和初请失业金人数。PCE物价指数和个人支出将于周五公布。 此外，英国央行也将在周四发布利率声明，这将是英国央行行长卡尼最后一次召开货币政策会议，市场经济目前普遍认为英央行会维持利率不变
@华阳佳园社区居民
今日科普推荐
质量超理论上限的它 揭示黑洞另一种存在方式
近日，国际顶尖科学期刊《自然》在线发布了一项重大发现，中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤的研究团队发现了迄今为止最大质量的恒星级黑洞，并提供了一种利用郭守敬望远镜（LAMOST）的巡天优势寻找黑洞的新方法。
这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远超理论预言上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，势必推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。
过去只能找到“暴力”的黑洞
霍金在其最后的著作《十问》中写道，“黑洞比科幻作家想象的任何东西都更奇妙”。黑洞本身不发光，密度非常大，相当于把10倍太阳质量的恒星压缩到北京六环大小的球体中，具有超强的吸引力，任何从其身边经过的物质、就连光也无法逃离。黑洞是宇宙的“吸光器”。
黑洞大致分为恒星级黑洞（100倍太阳质量以下）、中等质量黑洞（约100到10万倍太阳质量之间）和超大质量黑洞（10万倍太阳质量以上）。恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的。一颗恒星走到生命尽头，如果剩下的质量大于3倍太阳质量，既不能形成白矮星，也不能成为中子星，就没有任何力量可以阻止终极引力让其塌缩成黑洞。
龙潜深渊，隐藏爪牙。黑洞本身不发光，天文学家很难在茫茫宇宙中看到它。
奈何黑洞身边的小伙伴们实在是太高调，周边吸积盘或者伴星都表现出异样的“气场”。如果黑洞与一颗正常恒星组成一个密近双星系统，黑洞就会露出狰狞的爪牙，直接把恒星伴星上的气体物质吸过来，形成吸积盘，发出“明亮”的X射线。这些X射线如同这些物质被黑洞吞噬前的“回光返照”，就是这一“照”成为天文学家过去这些年追寻黑洞踪迹的线索。
迄今为止，银河系中几乎所有已知的恒星级黑洞都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的。过去的50年里，人们用该种方法发现了约20颗黑洞，质量均在3到20倍太阳质量之间。银河内有数以千亿计的恒星，按照理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，能够发出X射线辐射的只占一小部分。
两年监测发现“走路拉风”的天体
刘继峰和张昊彤的团队在浩瀚星海中发现了一个表现异常的双星系统。700多天的追逐之路饱含艰辛和精彩。
2016年初，LAMOST科学巡天部主任张昊彤和中国科学院云南天文台院士韩占文提出利用LAMOST观测双星光谱，并选择了3000多个天体进行了为期两年的光谱监测。在这其中有一颗“走路拉风”的B型星引起了研究人员的关注。
除了获取它的有效温度、表面重力、金属丰度等重要信息外，其光谱中一条近乎静止且运行方向和B型星反相位的明线（Hα发射线）给这个天体增添了十足的神秘感。研究人员怀疑这颗B型星“背后有人”。
西班牙10.4米加纳利大望远镜(GTC)的21次观测和美国10米凯克望远镜（Keck）的7次高分辨率观测，进一步确认了B型星的性质。
B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度，质量约为8倍太阳质量，年龄约为35百万年，距离我们1.4万光年。根据B型星和Hα发射线的速度振幅之比，其伴星应该一个质量约为70倍太阳质量的不可见天体，它只能是黑洞。
LB-1黑洞从未在任何X射线观测中被探测到。研究人员用美国钱德拉X射线天文台对该源进行观测，发现这颗新发现的黑洞对其伴星吸积非常微弱，是一个“平静温和”的恒星级黑洞“冠军”。
特殊金属丰度指向理论“禁区”
从2015年起，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）及欧洲室女座引力波天文台（Virgo）的引力波观测实验已经发现了几十倍太阳质量的黑洞，质量远高于先前已知的银河系里的恒星级黑洞。
但是，新发现的这颗70倍太阳质量的超级黑洞，确认了银河系存在着更大质量的恒星级黑洞，刷新了人类对于恒星级黑洞质量上限的认知。
恒星有个属性叫金属丰度，指的是非氢氦元素在恒星中的比值。论文第一作者刘继峰介绍说，一般模型认为大质量恒星级黑洞主要形成于低金属丰度（低于1/5太阳金属丰度）环境中，LB-1却有一个与太阳金属丰度相近的B型星。目前恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大为25倍太阳质量的黑洞，因此，LB-1中黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。
现有理论认为，恒星在形成黑洞前，会吹出星风丧失物质，因此恒星级黑洞不会特别重。宇宙中最重的恒星大概只有几百个太阳质量，理论预言其演化晚期形成的黑洞最大也就20多个太阳质量。之前发现的黑洞都没超过这个量级。
LB-1的发现可能意味着有关恒星演化形成黑洞的理论将被改写，或者以前某种黑洞形成机制被忽视。
另一种可能性是，LB-1中的黑洞或许不是由一颗恒星坍缩形成的。研究人员猜想，LB-1最初是一个三体系统，观测到的B型星位于最外轨道，是质量最小的组成部分，而现在的黑洞是由最初内部的双星形成的双黑洞并合而成。在这种情形下，该系统将是黑洞并合事件的绝佳候选体，并为研究三体系统中双黑洞形成提供了独一无二的实验室。
“光谱之王”和“黑洞之王”彼此成就
天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1，是为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上作出的贡献。
这颗“黑洞之王”的发现充分证实了LAMOST望远镜强大的光谱获取能力。LAMOST拥有4000颗“眼睛”（4000根光纤），一次能观测近4000个天体。
2019年3月，LAMOST公开发布了1125万条光谱，成为全球首个突破千万的光谱巡天项目，被天文学家誉为全世界光谱获取率最高的“光谱之王”。
从2016年11月开始，为了发现和研究光谱双星，研究人员利用LAMOST对3000多颗恒星历时两年进行了26次观测，累计曝光时间约40小时。如果利用一架普通4米望远镜专门来寻找这样一颗黑洞（一年观测365天，每天观测8小时），同样的几率下，则需要40年的时间！这充分体现出LAMOST超高的观测效率！
“工欲善其事必先利其器”，这颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞，标志着利用LAMOST巡天优势搜寻黑洞新时代的到来。
相信“光谱之王”和“黑洞之王”的彼此成就将成为天文界的一段佳话。
LB-1是一个X射线辐射宁静的双星系统，利用常规X射线方法搜寻这类黑洞是行不通的。长期以来，人们认为径向速度监测可以发现平静态的黑洞双星，这颗迄今最大质量黑洞的发现证实了这一点。利用LAMOST大规模巡天优势和速度监测方法，相信天文学家将会发现一批深藏不露的平静态黑洞, 从而逐步揭开这个“黑暗家族”的内幕，为研究黑洞成员的形成演化以及质量分布迈出标志性的一步。就像LIGO台长大卫·雷茨评论的，LB-1的发现将推动黑洞天体物理研究的复兴。
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这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远超理论预言上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，势必推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。
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霍金在其最后的著作《十问》中写道，“黑洞比科幻作家想象的任何东西都更奇妙”。黑洞本身不发光，密度非常大，相当于把10倍太阳质量的恒星压缩到北京六环大小的球体中，具有超强的吸引力，任何从其身边经过的物质、就连光也无法逃离。黑洞是宇宙的“吸光器”。
黑洞大致分为恒星级黑洞（100倍太阳质量以下）、中等质量黑洞（约100到10万倍太阳质量之间）和超大质量黑洞（10万倍太阳质量以上）。恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的。一颗恒星走到生命尽头，如果剩下的质量大于3倍太阳质量，既不能形成白矮星，也不能成为中子星，就没有任何力量可以阻止终极引力让其塌缩成黑洞。
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奈何黑洞身边的小伙伴们实在是太高调，周边吸积盘或者伴星都表现出异样的“气场”。如果黑洞与一颗正常恒星组成一个密近双星系统，黑洞就会露出狰狞的爪牙，直接把恒星伴星上的气体物质吸过来，形成吸积盘，发出“明亮”的X射线。这些X射线如同这些物质被黑洞吞噬前的“回光返照”，就是这一“照”成为天文学家过去这些年追寻黑洞踪迹的线索。
迄今为止，银河系中几乎所有已知的恒星级黑洞都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的。过去的50年里，人们用该种方法发现了约20颗黑洞，质量均在3到20倍太阳质量之间。银河内有数以千亿计的恒星，按照理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，能够发出X射线辐射的只占一小部分。
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2016年初，LAMOST科学巡天部主任张昊彤和中国科学院云南天文台院士韩占文提出利用LAMOST观测双星光谱，并选择了3000多个天体进行了为期两年的光谱监测。在这其中有一颗“走路拉风”的B型星引起了研究人员的关注。
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B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度，质量约为8倍太阳质量，年龄约为35百万年，距离我们1.4万光年。根据B型星和Hα发射线的速度振幅之比，其伴星应该一个质量约为70倍太阳质量的不可见天体，它只能是黑洞。
LB-1黑洞从未在任何X射线观测中被探测到。研究人员用美国钱德拉X射线天文台对该源进行观测，发现这颗新发现的黑洞对其伴星吸积非常微弱，是一个“平静温和”的恒星级黑洞“冠军”。
特殊金属丰度指向理论“禁区”
从2015年起，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）及欧洲室女座引力波天文台（Virgo）的引力波观测实验已经发现了几十倍太阳质量的黑洞，质量远高于先前已知的银河系里的恒星级黑洞。
但是，新发现的这颗70倍太阳质量的超级黑洞，确认了银河系存在着更大质量的恒星级黑洞，刷新了人类对于恒星级黑洞质量上限的认知。
恒星有个属性叫金属丰度，指的是非氢氦元素在恒星中的比值。论文第一作者刘继峰介绍说，一般模型认为大质量恒星级黑洞主要形成于低金属丰度（低于1/5太阳金属丰度）环境中，LB-1却有一个与太阳金属丰度相近的B型星。目前恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大为25倍太阳质量的黑洞，因此，LB-1中黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。
现有理论认为，恒星在形成黑洞前，会吹出星风丧失物质，因此恒星级黑洞不会特别重。宇宙中最重的恒星大概只有几百个太阳质量，理论预言其演化晚期形成的黑洞最大也就20多个太阳质量。之前发现的黑洞都没超过这个量级。
LB-1的发现可能意味着有关恒星演化形成黑洞的理论将被改写，或者以前某种黑洞形成机制被忽视。
另一种可能性是，LB-1中的黑洞或许不是由一颗恒星坍缩形成的。研究人员猜想，LB-1最初是一个三体系统，观测到的B型星位于最外轨道，是质量最小的组成部分，而现在的黑洞是由最初内部的双星形成的双黑洞并合而成。在这种情形下，该系统将是黑洞并合事件的绝佳候选体，并为研究三体系统中双黑洞形成提供了独一无二的实验室。
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“工欲善其事必先利其器”，这颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞，标志着利用LAMOST巡天优势搜寻黑洞新时代的到来。
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麻省理工华人学者用电磁波计算：具有高效潜力，不散热且耗电极少

DeepTech深科技
发布时间：11-3010:44DeepTech深科技官方百家号
在评测一台计算机性能时，人们都会重点关注它的散热性能如何。这是因为，目前的计算机在运行时会消耗大量的电能来进行计算和数据存储，如此就会产生许多废热。平白浪费能量不说，还需要设计散热系统。为了寻找更为有效的替代方法，科学家们已经开始着手设计新型电路。
近日，麻省理工学院的研究人员提出了一种十分新颖的电路设计，该设计下的电路可以在不消耗电能的情况下，利用电磁波对计算机进行精确的控制。这一发现向着基于磁的、实用性设备迈出了关键一步。使用此设计电路的设备将具有比传统电子设备更为高效的计算潜力。同时，研究人员已经开始设计基于磁性的“自旋电子”设备，这种设备耗电相对较少，也几乎不产生热量。
在将来，成对的自旋波可以通过双通道输入到电路中，根据不同的特性进行调制，并结合起来以产生一些可测量的量子干扰——类似光子波干涉被用于量子计算。研究人员假设，这种基于干涉的自旋电子设备，比如量子计算机，可以执行常规计算机难以应对的高度复杂的任务。
这项研究由麻省理工学院电气工程与计算机科学系（EECS）的华人助理教授 Luqiao Liu 带领其自旋电子材料和器件组课题组里的三名研究生 Jiahao Han，Pengxiang Zhang 和 Justin T. Hou，以及一名 EECS 的博士后 Saima A. Siddiqui 共同完成。
“人们开始寻求硅之外的计算能力，波计算是一种有前途的替代方法。”Luqiao Liu 说，“通过使用这个狭窄的畴壁，我们可以调节自旋波并创建两种独立的状态，而不需要任何实际的能源成本，我们只依靠自旋波和固有磁性材料。”

图 | 使不耗电、基于磁的计算成为可能的设计（来源：MIT）
硅之外的计算能力：自旋波
自旋电子器件利用了磁材料中晶格结构的“自旋波”——即电子的量子特性。自旋波是波长很小的能量波。自旋波的组成，本质上是许多电子的集体自旋，被称为磁振子。尽管磁振子不是真正的粒子，就像单个电子一样，但是对于计算应用而言，可以类似地对其进行测量。
测量方法包括调制自旋波特性，以便产生一些可测量的输出，可让该输出与计算相关联。但到目前为止，调制自旋波需要使用体积庞大的元件来注入电流，而这些大体积元件会产生信号噪声，并能抵消任何固有的性能提升。
麻省理工学院的研究人员开发设计的这种电路结构，其仅使用磁性材料中多层纳米膜的一层中的一个纳米厚度的畴壁来调制通过的自旋波，不需要任何额外的组件或电流。继而，自旋波可以根据需要调节以控制磁畴壁的位置。这样便可以精确控制两个变化的自旋波状态，而这两个状态则对应于经典计算中使用的 0 和 1。
在他们的工作中，研究人员定制了一个特殊的“磁畴壁”，这是两个相邻磁性结构之间的纳米级厚度的屏障。他们将钴/镍纳米膜分层（每个纳米膜只有几个原子那么厚），并具有某些理想的磁性，可以处理大量的自旋波。然后，他们把“这堵墙”放在一种具有特殊晶格结构的磁性材料中间，并将系统整合为一个电路。
在电路的一侧，研究人员激发了材料中恒定的自旋波。当波穿过畴壁时，其磁振子立即沿相反的方向旋转：第一个区域的磁振子向北旋转，而第二个区域的磁振子（越过畴壁）向南旋转。这会导致波的相位（即角度）发生急剧变化，幅度（功率）会略有下降。
在实验中，研究人员在电路的另一侧放置了一根独立的天线，用来检测和传输输出信号。结果表明，在输出状态下，输入波的相位发生 180 ° 的翻转。波的强度，从最高到最低的峰值测量结果也下降了很多。
添加“转矩”来强化功能
在得到上述结果之后，研究人员发现了自旋波与畴壁之间的相互作用，可使他们能够有效地在两种状态之间切换。没有畴壁，电路将被均匀地磁化；而有了畴壁，电路就会产生分裂的调制波。
通过控制自旋波，他们发现可以控制畴壁的位置。这依赖于一种被称为“自旋传递转矩”（spin-transfer torque）的现象，也就是自旋电子本质上震动磁性材料，来翻转其磁性方向。
在研究人员的工作中，他们提高了注入自旋波的能量，以诱发一定程度的磁振子自旋。实际上，这会将畴壁拉向增强波源。在这样处理时，天线下的畴壁被“卡住了”，从而使其无法调制波并确保在此状态下均匀磁化。
他们使用一种特殊的磁式电子显微镜，证明了这种方法可以使畴壁上出现微米级的位移，这足以使它在材料块中的任何位置移动。值得注意的是，几年前就有人提出了磁振子自旋传递转矩的机理，但并没有得到证实。Luqiao Liu 对外表示：“有充分的理由相信机理最终会被发现，而我们的实验证明了在这些条件下实际会发生什么。”
这种新型电路整体上看就像一条自来水管，阀门（畴壁）来控制水（自旋波）如何流过管道（材料）。“但是你也可以想象，当水的压力过高时，它会切断阀门，并将其推到下游。”Luqiao Liu 说，“如果施加足够强的自旋波，我们可以移动畴壁的位置——只不过它是稍微向上游移动，而不是推向下游。”
这样的创新可以为特定的任务提供实用的、基于波的计算，例如被称为“快速傅立叶变换”的信号处理技术。接下来，研究人员希望构建可以执行基本计算的工作波电路。与此同时，他们还需要优化材料，以减少潜在的信号噪声，并进一步研究通过在畴壁周围移动调节两种状态之间的切换速度。“这就是我们的待办事项清单。”Luqiao Liu 说道。
团队华人阵容
Luqiao Liu 的研究团队中有多位华人面孔。他本人毕业于北京大学物理系，之后在康奈尔大学获得应用物理学博士学位。在加入麻省理工学院之前，他是 IBM 沃森研究中心的研究人员，还是 IBM 专利申请成就奖的获得者。他的研究领域是自旋电子学，重点专注于自旋逻辑、非易失性存储器和微波应用的纳米级材料和设备。

图 | Luqiao Liu（来源，MIT）
主持者 Luqiao Liu，是麻省理工学院电子工程与计算机科学系（EECS）Robert J. Shillman 职业发展助理教授。他在 2015 年加入“麻省理工学院电子研究实验室”（RLE)，是自旋电子材料和器件组课题组的首席研究员，他的团队共 9 人。
他毕业于北京大学物理系，之后在康奈尔大学获得应用物理学博士学位。在加入麻省理工学院之前，他是 IBM 沃森研究中心的研究人员，还是 IBM 专利申请成就奖的获得者。他的研究领域是自旋电子学，重点专注于自旋逻辑、非易失性存储器和微波应用的纳米级材料和设备。

图 | 自旋电子材料和器件组课题组 (来源：MIT）
Liu 的研究小组致力于通过自旋-霍尔效应或量子拓扑绝缘体研究固态材料中的自旋-轨道相互作用，以实现高效的自旋电流产生和磁矩转换。由于自旋轨道电子器件（或自旋轨道电子器件）的运行是通过纯自旋电流而非电荷电流实现的，因此与传统器件相比，它的功耗要低得多。同时，Liu 也会探讨自旋轨道电子元件在记忆元件及逻辑元件方面的应用。他的团队还在研究电子电荷和自旋在各种材料系统（如反铁磁体和超导体）中的相互作用，并评估利用这些现象实现新型自旋电子的可能性。

图 | Jiahao Han（来源：MIT）
Jiahao Han，“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。

图 | Pengxiang Zhang（来源：MIT）
张鹏翔，“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。2013 年毕业于清华大学材料学院，目前是麻省理工学院研究生科研助理。

图 | Justin T. Hou（来源：MIT）
Justin T. Hou，“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。

DeepTech深科技
发布时间：11-3010:44DeepTech深科技官方百家号
在评测一台计算机性能时，人们都会重点关注它的散热性能如何。这是因为，目前的计算机在运行时会消耗大量的电能来进行计算和数据存储，如此就会产生许多废热。平白浪费能量不说，还需要设计散热系统。为了寻找更为有效的替代方法，科学家们已经开始着手设计新型电路。
近日，麻省理工学院的研究人员提出了一种十分新颖的电路设计，该设计下的电路可以在不消耗电能的情况下，利用电磁波对计算机进行精确的控制。这一发现向着基于磁的、实用性设备迈出了关键一步。使用此设计电路的设备将具有比传统电子设备更为高效的计算潜力。同时，研究人员已经开始设计基于磁性的“自旋电子”设备，这种设备耗电相对较少，也几乎不产生热量。
在将来，成对的自旋波可以通过双通道输入到电路中，根据不同的特性进行调制，并结合起来以产生一些可测量的量子干扰——类似光子波干涉被用于量子计算。研究人员假设，这种基于干涉的自旋电子设备，比如量子计算机，可以执行常规计算机难以应对的高度复杂的任务。
这项研究由麻省理工学院电气工程与计算机科学系（EECS）的华人助理教授 Luqiao Liu 带领其自旋电子材料和器件组课题组里的三名研究生 Jiahao Han，Pengxiang Zhang 和 Justin T. Hou，以及一名 EECS 的博士后 Saima A. Siddiqui 共同完成。
“人们开始寻求硅之外的计算能力，波计算是一种有前途的替代方法。”Luqiao Liu 说，“通过使用这个狭窄的畴壁，我们可以调节自旋波并创建两种独立的状态，而不需要任何实际的能源成本，我们只依靠自旋波和固有磁性材料。”

图 | 使不耗电、基于磁的计算成为可能的设计（来源：MIT）
硅之外的计算能力：自旋波
自旋电子器件利用了磁材料中晶格结构的“自旋波”——即电子的量子特性。自旋波是波长很小的能量波。自旋波的组成，本质上是许多电子的集体自旋，被称为磁振子。尽管磁振子不是真正的粒子，就像单个电子一样，但是对于计算应用而言，可以类似地对其进行测量。
测量方法包括调制自旋波特性，以便产生一些可测量的输出，可让该输出与计算相关联。但到目前为止，调制自旋波需要使用体积庞大的元件来注入电流，而这些大体积元件会产生信号噪声，并能抵消任何固有的性能提升。
麻省理工学院的研究人员开发设计的这种电路结构，其仅使用磁性材料中多层纳米膜的一层中的一个纳米厚度的畴壁来调制通过的自旋波，不需要任何额外的组件或电流。继而，自旋波可以根据需要调节以控制磁畴壁的位置。这样便可以精确控制两个变化的自旋波状态，而这两个状态则对应于经典计算中使用的 0 和 1。
在他们的工作中，研究人员定制了一个特殊的“磁畴壁”，这是两个相邻磁性结构之间的纳米级厚度的屏障。他们将钴/镍纳米膜分层（每个纳米膜只有几个原子那么厚），并具有某些理想的磁性，可以处理大量的自旋波。然后，他们把“这堵墙”放在一种具有特殊晶格结构的磁性材料中间，并将系统整合为一个电路。
在电路的一侧，研究人员激发了材料中恒定的自旋波。当波穿过畴壁时，其磁振子立即沿相反的方向旋转：第一个区域的磁振子向北旋转，而第二个区域的磁振子（越过畴壁）向南旋转。这会导致波的相位（即角度）发生急剧变化，幅度（功率）会略有下降。
在实验中，研究人员在电路的另一侧放置了一根独立的天线，用来检测和传输输出信号。结果表明，在输出状态下，输入波的相位发生 180 ° 的翻转。波的强度，从最高到最低的峰值测量结果也下降了很多。
添加“转矩”来强化功能
在得到上述结果之后，研究人员发现了自旋波与畴壁之间的相互作用，可使他们能够有效地在两种状态之间切换。没有畴壁，电路将被均匀地磁化；而有了畴壁，电路就会产生分裂的调制波。
通过控制自旋波，他们发现可以控制畴壁的位置。这依赖于一种被称为“自旋传递转矩”（spin-transfer torque）的现象，也就是自旋电子本质上震动磁性材料，来翻转其磁性方向。
在研究人员的工作中，他们提高了注入自旋波的能量，以诱发一定程度的磁振子自旋。实际上，这会将畴壁拉向增强波源。在这样处理时，天线下的畴壁被“卡住了”，从而使其无法调制波并确保在此状态下均匀磁化。
他们使用一种特殊的磁式电子显微镜，证明了这种方法可以使畴壁上出现微米级的位移，这足以使它在材料块中的任何位置移动。值得注意的是，几年前就有人提出了磁振子自旋传递转矩的机理，但并没有得到证实。Luqiao Liu 对外表示：“有充分的理由相信机理最终会被发现，而我们的实验证明了在这些条件下实际会发生什么。”
这种新型电路整体上看就像一条自来水管，阀门（畴壁）来控制水（自旋波）如何流过管道（材料）。“但是你也可以想象，当水的压力过高时，它会切断阀门，并将其推到下游。”Luqiao Liu 说，“如果施加足够强的自旋波，我们可以移动畴壁的位置——只不过它是稍微向上游移动，而不是推向下游。”
这样的创新可以为特定的任务提供实用的、基于波的计算，例如被称为“快速傅立叶变换”的信号处理技术。接下来，研究人员希望构建可以执行基本计算的工作波电路。与此同时，他们还需要优化材料，以减少潜在的信号噪声，并进一步研究通过在畴壁周围移动调节两种状态之间的切换速度。“这就是我们的待办事项清单。”Luqiao Liu 说道。
团队华人阵容
Luqiao Liu 的研究团队中有多位华人面孔。他本人毕业于北京大学物理系，之后在康奈尔大学获得应用物理学博士学位。在加入麻省理工学院之前，他是 IBM 沃森研究中心的研究人员，还是 IBM 专利申请成就奖的获得者。他的研究领域是自旋电子学，重点专注于自旋逻辑、非易失性存储器和微波应用的纳米级材料和设备。

图 | Luqiao Liu（来源，MIT）
主持者 Luqiao Liu，是麻省理工学院电子工程与计算机科学系（EECS）Robert J. Shillman 职业发展助理教授。他在 2015 年加入“麻省理工学院电子研究实验室”（RLE)，是自旋电子材料和器件组课题组的首席研究员，他的团队共 9 人。
他毕业于北京大学物理系，之后在康奈尔大学获得应用物理学博士学位。在加入麻省理工学院之前，他是 IBM 沃森研究中心的研究人员，还是 IBM 专利申请成就奖的获得者。他的研究领域是自旋电子学，重点专注于自旋逻辑、非易失性存储器和微波应用的纳米级材料和设备。

图 | 自旋电子材料和器件组课题组 (来源：MIT）
Liu 的研究小组致力于通过自旋-霍尔效应或量子拓扑绝缘体研究固态材料中的自旋-轨道相互作用，以实现高效的自旋电流产生和磁矩转换。由于自旋轨道电子器件（或自旋轨道电子器件）的运行是通过纯自旋电流而非电荷电流实现的，因此与传统器件相比，它的功耗要低得多。同时，Liu 也会探讨自旋轨道电子元件在记忆元件及逻辑元件方面的应用。他的团队还在研究电子电荷和自旋在各种材料系统（如反铁磁体和超导体）中的相互作用，并评估利用这些现象实现新型自旋电子的可能性。

图 | Jiahao Han（来源：MIT）
Jiahao Han，“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。

图 | Pengxiang Zhang（来源：MIT）
张鹏翔，“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。2013 年毕业于清华大学材料学院，目前是麻省理工学院研究生科研助理。

图 | Justin T. Hou（来源：MIT）
Justin T. Hou，“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。
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