近日，材料基因组工程研究院/理学院曹世勋教授团队与麻省理工学院及德克萨斯大学奥斯汀分校等共同组成一支国际合作研究团队，在《Science Advances》期刊上发表了题为 “Terahertz stimulated parametric downconversion of a magnon mode in an antiferromagnet” 的研究论文，该工作以反铁磁绝缘体材料ErFeO3为研究对象，通过极化选择性二维太赫兹光谱技术，激发了两个不同的相干磁子模式，并发现在特定条件下，低频磁子模式会发生放大现象，成功揭示了反铁磁体中相干磁子模式的受激参量下转换过程，为非线性磁子学和自旋电子学的发展开辟了新途径。
在这一工作中，研究团队通过在不同温度下对稀土反铁磁体氧化物ErFeO3材料单晶的系统研究，发现体系准反铁磁（qAFM）和准铁磁（qFM）磁子模式的频率变化规律，在特定温度下材料的准反铁磁模式频率恰好是准铁磁模式频率的两倍，满足参量共振条件，为受激参量下转换过程提供了关键的频率匹配条件。该工作同时研究了不同温度下的下转换信号的谱线切割图以及信号幅度的温度依赖关系，发现当满足参量共振条件时，信号幅度显著增强，突出了该研究在揭示非线性磁子学现象和实现磁子信号调控方面的新现象。该研究成果加深了人们对反铁磁体中非线性磁子相互作用的理解，也为未来开发具有超高带宽的磁子信号处理技术提供了重要的理论基础和实验依据，有望催生出一系列新型的自旋电子学和磁子学器件，在诸如高灵敏度的磁子探测器、高效信号放大器以及量子信息处理器等领域具有潜在的全新应用前景。
该论文第一作者为麻省理工学院的博士研究生张筑权，上海大学博士后马小璇为共同合作者，曹世勋教授和麻省理工学院Nelson教授为共同通讯作者。这是继2025年4月曹世勋教授团队与美国莱斯大学合作在《Science Advances》发表研究成果后，该团队同期与麻省理工学院等国际顶尖科研团队合作，在同一期刊上发表的又一重要成果，充分彰显了其在相关领域的持续创新力与国际影响力。也是曹世勋团队与麻省理工学院团队于2024年初合作在《Nature Physics》上发表题为“Terahertz-field-driven magnon upconversion in an antiferromagnet”研究工作的继续。
上海大学材料基因组工程研究院在高通量新材料研发和人工智能实验室建设的同时，在基础物理研究领域一直推进和支持材料基因的新型材料研究范式与凝聚态物理和量子材料等前沿领域的学科交叉研究。曹世勋教授团队积极与国际顶尖科研团队开展合作，在量子材料设计和单晶制备实验室建设方面做出了积极的努力。本项研究充分展示了上海大学在基础研究领域的深厚实力和创新能力。
相关论文链接：
2025年05月，Science Advances, 11, eadv3757 (2025).https://doi.org/10.1126/sciadv.adv3757
2025年04月，Science Advances, 11, eadt1691 (2025).https://doi.org/10.1126/sciadv.adt1691
2024年01月，Nature Physics,20, 788-793 (2024).https://doi.org/10.1038/s41567-023-02350-7
2022年10月，Nature Communications, 13, 6140 (2022).https://doi.org/10.1038/s41467-022-33520-5
2022年01月，Nature Communications, 13, 443 (2022).https://doi.org/10.1038/s41467-021-27267-8
2021年05月，Nature Communications, 12, 3115 (2021).https://doi.org/10.1038/s41467-021-23159-z
2018年08月，Science, 361,794-797(2018).https://doi.org/10.1126/science.aat5162
