著名的杨氏双缝实验展示了光的波动性。如果把“双缝”刻在时间轴上，而不是刻在空间里，会出现怎样的效应？上海科技大学陆卫教授团队在磁子强耦合系统中实现了“时间双缝”实验，清晰观测到时间衍射信号，展示了在时间维度上调控磁子强耦合态的可行性。这一成果近日发表于国际学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并被遴选为编辑推荐论文。
在传统光学里，我们用空间结构来改变波的传播路径，本质上是打破空间的平移对称性。近年来，科研人员开始研究时变介质：材料性质随时间快速变化，从而打破时间的平移对称性，产生时间反射、时间折射和时间衍射等现象。这种“在时间上做器件”的方式不受空间尺寸限制，切换速度快，已在光子学和声学中被验证。
在自旋电子学中，磁子（自旋波的能量量子）是重要的信息载体。它们可以在绝缘体中以低耗散传播，适合低能耗计算和量子混合系统。在其中实现时变磁子状态的难点在于：如何在极短时间内显著改变磁子的色散关系，并实时检测到这种瞬态演化。传统方法依赖很强的脉冲磁场，能耗高，也会破坏磁子的低损耗优势。
图1：示意图。本工作利用时间狭缝实现对磁子强耦合态的相干调控，形成时间双缝衍射现象。
团队的突破点是利用光诱导磁子态（PIM）的非线性优势来解决上述问题。PIM 的等效磁矩很小，只需纳特斯拉量级的微波磁场就能“点亮/熄灭”，相当于一个低阈值的时间开关。当 PIM 与材料中另一个稳定磁子模式（WM）发生强耦合时，PIM 的快速产生和湮灭会在时间轴上形成清晰的“时间界面”，见图2(a)。
为在纳秒尺度上“看清楚”频谱演化，团队开发了时间分辨频率梳光谱（trFCS）。该技术用两束重复周期不同的微波脉冲（泵浦与探测）作为“两把时间尺子”。通过扫描两脉冲的时间差，并读取探测脉冲生成的“频率梳”随时间的轮廓变化，trFCS 能在不被强泵浦干扰的情况下，给出磁子频谱的瞬时快照，见图2(c)。
图2 时变磁子强耦合及其时间双缝衍射新效应
利用PIM 的低能耗开关与 trFCS 的快速探测，本研究发现，一、时变强耦合与啁啾型拉比振荡：在泵浦脉冲上升沿，PIM 被点亮并与 WM 发生能量交换，交换节奏越来越快；在下降沿，这个节奏逐步变慢，见图2(a)；二、时间界面的瞬态形成：在脉冲开启/关闭的瞬间，磁子频谱发生分裂或合并，trFCS 捕捉到这一过程，见图2(c)；三、时间双缝衍射：当使用一对间隔很近的时间界面（两道“时间狭缝”）后，磁子波包穿过它们会在频谱上形成等间距多峰的干涉条纹，条纹间距 Δf 与两脉冲间隔 Δt 满足反比关系：Δf ≈ 1/Δt，见图2(d)。这一结果与经典的杨氏双缝实验高度一致，但从空间维度跨越到了时间维度。
本工作在磁子系统中首次实验观测到清晰的时间衍射，并成功演示了时间双缝干涉。成功打破时间平移对称性，为系统获得时间衍射的新自由度。用PIM 实现纳秒级时间开关，实现了低能耗的磁子强耦合瞬态操控。基于 PIM 的快速色散调制与 trFCS 的测量方法，也为时间维度的磁子器件与功能研究提供了可行路径。
研究由上海科技大学、山东大学、中国科学院上海技术物理研究所和浙江大学共同合作完成，上海科技大学为第一完成单位。饶金威研究员（现工作于山东大学）为论文第一作者。中国科学院上海技术物理研究所姚碧霂研究员、山东大学柏利慧教授、上海科技大学陆卫教授为论文通讯作者。合作作者包括浙江大学王逸璞研究员、上海科技大学李润泽教授。
文章题目：Time-Varying Strong Coupling and the Induced Time Diffraction of Magnon Modes
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/jc1c-k3ll
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