近日，物理评论B（Physical Review B）以Letter的形式刊登了于涛教授“量子磁性与自旋物理”课题组名为“Giant Enhancement of Magnon Transport by Superconductor Meissner Screening”的研究论文。课题组周熙涵为第一作者，于涛教授为文章的通讯作者，课题组叶茜茵、山东大学柏利慧教授对本工作做出重要贡献。华中科技大学为论文第一单位。
自旋波或它的量子—“磁子”，作为信息传输的载体，运用于在各类磁性器件、量子输运和量子计算中[如Phys. Rep. 1009, 1 (2023), J. Appl. Phys. 133, 160401 (2023)]。然而，由于磁性材料本身的固有耗散，相较于光子或者声子，自旋波往往拥有更短的传播距离，这限制了磁性器件的性能；同时在以磁子为基础的量子输运/计算中[如Phys. Rev. Lett. 127, 087203 (2021), Phys. Rev. Lett. 130, 193603 (2023), Science 349, 405 (2015)]，其耗散也限制了磁子与其他准粒子（如光子）的相干时间。目前来看，通过改善材料自身品质来减少耗散已经比较困难。另一方面，超导由于其丰富的物理特性可以实现对磁子的调控。最近实验[如 Science 382, 430 (2023)]表明，通过在铁磁薄膜（如YIG）上覆盖一层超导体，超导区域内自旋波的波长会增加，同时，其衰减行为也会受到影响。
在本工作中，我们通过构建磁子-超流相互作用模型，发现超导可以极大地增强自旋波的传播距离。在超导-铁磁绝缘体异质结中，随着温度的降低，由于超导迈斯纳效应，磁性薄膜上方的偶极场会被超导极大地反射，从而影响自旋波的色散 [图(a)]。对于Damon-Eshbach构型，反射的电磁场增强了薄膜内的磁场强度，在低频区，其群速度被极大地提高[图(b)]。并且，由于其电场的手性，这样的影响是单方向的。自旋波的衰减长度可以近似理解为群速度×寿命，在超导的影响下，虽然磁子寿命有所减短 [图(c)]，然而这远远小于其群速度的增加量。我们预测，在此构型下，自旋波的传播距离会有接近500%的提升[图(d)]，这对磁子在片上量子计算/传输的探究提供了帮助。
值得注意的是，超导的“完全”抗磁性决定了该效应，所以该效应对于铁磁金属和一些反铁磁也同样适用。在室温下，我们也可以用抗磁性大的材料以替代超导以实现类似现象。
图 （a）-（c），有超导T=0.1Tc时和无超导时自旋波色散关系，群速度和在固定激发频率Ω下的磁子寿命的对比。图（d）， 有超导T=0.1Tc和无超导时的衰减长度对比，在特定激发频率下，传播距离有450%的提升。