发布时间：2025-10-27

2025年10月23号，物理学综述期刊《Physics Reports》在线刊发了华中科技大学物理学院于涛教授“量子磁性与自旋物理”课题组受邀撰写的题为“Electromagnetic Proximity Effects at Heterointerfaces”的94页长篇综述文章。于涛教授为论文的第一及通讯作者。于涛教授课题组研究生周熙涵（已毕业）、日本东北大学Gerrit E.W. Bauer教授、莫斯科物理技术学院I. V. Bobkova教授为论文的共同作者。华中科技大学为论文的第一单位。

超导体与铁磁体之间的交换相互作用是几十年来凝聚态物理研究中的一个核心课题。研究表明，由于磁性会抑制库伯对的形成，超导相与磁性相接触后会互相排斥。寻找既能使两种互斥物相共存，又能使两种物相的准粒子激发态产生有效耦合的普适机制就成为凝聚态物理研究的一个难点。得益于纳米材料制备与微结构调控技术的突破，研究人员得以精确构筑超导体与铁磁体层叠的异质结构。对这些结构的理论和实验研究，揭示了一种新型量子相互作用——电磁近邻效应（electromagnetic proximity effect）。

电磁近邻效应以两个物理系统在界面或表面处的倏逝波或者表面态作为媒介实现准粒子超强耦合。理论证明，任何由磁偶极子或电偶极子发出、并在界面处呈倏逝态的矢量场，其“自旋”（圆偏振）、波矢与界面法线（通常取波的衰减方向）方向之间，遵循一个普适的右手定则。这意味着该场具有固有的“手性”。这一普适规律被研究者称为“手性定理”。具体来说，对于一个远离界面衰减的矢量场，在满足无源性和横向自旋的条件下，这个矢量场天然是右手性的。在时间反演对称性被破坏时，这种右手性使得倏逝波表现为表面-动量锁定；在时间反演对称性没有被破坏时，倏逝波表现为自旋-动量锁定。这使得大部分电磁近邻效应与手性物理天然具有联系。例如，研究表明，由磁序激发的自旋波的量子——磁振子，通常以GHz至THz频率范围内振荡；它们辐射出具有手性特征的电磁场。该场能够穿透超导层，引发超导体中的迈斯纳超电流响应。迈斯纳超电流产生的电磁场的反作用又进一步调制磁振子运动，形成一种非接触、双向耦合的电磁反馈体系，这就是电磁邻近效应的一种实现方式，如图1所示。

图1.超导-铁磁体之间的电磁近邻效应。

电磁近邻效应突破了传统的接触型交换相互作用，深化了人们对超导--磁性界面的理解，揭示了新的能量与角动量传输途径，为研究异质界面处准粒子之间的耦合提供了新的研究思路。

电磁近邻效应的提出受到超导体与铁磁体界面处准粒子相互作用的启发，并被拓展到超导体与反铁磁体、正常金属与铁磁体、正常金属与超导体、铁电体与真空界面、铁电体与超导体、量子比特与铁磁体等物理对象之间的相互作用。基于此效应，研究者预言了多种新型的复合准粒子，部分获得了实验的观测和持续关注。典型的例子包括：

lMagnon–Meissner集体模式：由磁振子与超导抗磁超流形成的集体耦合模式。利用超导体可以实现磁振子的手性门控；由超导体阵列或涡旋态能够产生磁振子晶体（magnon crystal）；利用超导体能够有效增加磁振子传输距离。以上特征均已被实验观测到。

lMagnon–Cooparon：由磁振子与其诱导的三重态超导库珀对形成的复合准粒子。具有非局域性、磁振子有效质量的增加、屏蔽磁振子自旋的特征。目前正等待实验验证。

l约瑟夫森结中的Magnon极化子；Magnon等离体子模式：超导–铁磁–超导结构中，磁振子辐射的电磁场与超导电流的相互反射与耦合导致铁磁共振频率巨幅漂移，并产生超强的斯威哈特光子-磁振子相互作用。基于其集体模式可对约瑟夫森结I-V曲线进行修正。实验上已经在超导-铁磁-超导的三明治结构中观测到了超导体诱导的铁磁共振的巨大频率位移。

l节点Magnon-Photon极化子：金属-铁磁体-金属中磁振子与电子耦合形成的非厄米集体模式。具有稳定奇异点和磁振子和光子超强耦合的特征。目前正等待实验验证。

l表面Ferron（铁振子）模式：铁电材料中电偶极子涨落与光子耦合在铁电材料与真空界面形成的集体模式。具有携带铁电极化、可用聚焦激光光束激发表面Ferron的限定路径传播（routing）、手性电场的发射以及强太赫兹辐射的特征。实验上已经证实由聚焦激光光束激发的Ferron的限定路径传播以及THz频率下的场激发，并观测到了电场调控的Ferron非相干输运。

l具有手性阻尼的磁振子：金属-磁体双层结构中存在的集体模式。具有手性势垒贯穿、非厄米趋肤效应、注入磁振子流与自旋积累的手性锁定等特征。实验上已经观测到了磁振子的手性衰减及通过偶极相互作用进行自旋注入等物理现象。

该综述系统总结了过去五年该领域的理论与实验进展，旨在从基础理论、实验进展及潜在器件应用三个层面描述电磁邻近效应在物理基本规律、物理现象和量子器件功能上带来的可能突破。

论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1l~Sd1KAVttYWP