美國的科學家最近在物理學的兩個看似無關的領域之間建立了聯繫。他們證明了磁性自旋波可以模仿石墨烯中電子的行為。位於伊利諾伊大學厄本那-香檳分校（UIUC）的Grainger工程學院的研究人員，揭示了如何開發二維磁性系統，使其遵循與二維石墨烯中流動電子相同的方程式。研究人員相信，這一發現能改善無線和蜂窩網絡中使用的微波技術，並有可能幫助設計新型射頻設備，探索二維系統中的奇異行為。
UIUC的博士生Bobby Kaman是這項研究的主要作者，他指出，二維電子學與二維磁性行為之間的類比並不明顯，研究小組對這一類比的有效性感到驚訝。石墨烯是一層單原子厚的碳原子，排列成六邊形的晶格（蜂窩晶格），是石墨的基本構建塊，因其電子特性而受到廣泛關注。Kaman在UIUC教授Axel Hoffmann的研究小組中，專注於超材料的研究（這些材料的結構設計使其具有原材料中不存在的特性），當他意識到石墨烯中的電子和磁性材料中的磁化波都可以像波一樣行為時，他開始思考是否可以設計磁性系統來模仿電子在石墨烯中的運動。
Kaman表示，石墨烯的獨特之處在於其導電電子會組織成無質量的波，因此他對改變某種磁性材料的物理幾何形狀，使其看起來像石墨烯，並使其行為類似於石墨烯感到好奇。磁子，也稱為自旋波，則是當材料內部的微觀磁性矩共同振盪時形成的集體波。Kaman補充道，他原本以為這種磁性材料可能會與石墨烯有少量相似特性，但結果發現這一類比比他預期的要深刻得多。
為了驗證這一想法，研究小組製作了磁性晶體，這是一種具有重複圖案的磁性材料，用以控制自旋波的運動。這種晶體由薄的磁性薄膜構成，並在六邊形晶格中排列著孔洞。當團隊計算自旋波如何穿過這一結構時，他們發現其能量和運動遵循與石墨烯電子相同的數學方程。此外，計算結果顯示，自旋波有九個不同的能量帶，其中一些行為類似於石墨烯的無質量電子波，而其他則對應於局域狀態，甚至顯示出拓撲效應，這些現象可以促進高度穩定的波傳輸。
Hoffmann表示，這一工作直接將一個工程化的自旋系統與基本的物理模型聯繫起來。磁性晶體因產生大量結構和幾何依賴的現象而聞名，大多數現象的目錄化過程並未得到充分理解。他指出，這一系統中的石墨烯類比為觀察到的行為提供了清晰的解釋。科學家們相信，這一發現能在無線和蜂窩網絡中使用的微波技術中具有實際應用。
根據Hoffmann的說法，其中一種設備是微波循環器，它允許微波信號僅沿一個方向傳播。這些設備通常體積龐大，但他表示，所研究的自旋系統可能使微波設備縮小至微米級別。這項研究已發表在《物理評論 X》期刊上。
