研究人員首次展示了一種新方法，可以執(zhí)行對(duì)未來計(jì)算至關(guān)重要的功能，比現(xiàn)有商用設(shè)備快三個(gè)數(shù)量級(jí)。由Shinobu Ohya副教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)??建了一種納米級(jí)自旋電子半導(dǎo)體器件，可以在幾十億次/秒(太赫茲 - 太赫茲)的特定磁態(tài)之間進(jìn)行部分切換，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前設(shè)備的頻率。

這個(gè)十年的某個(gè)時(shí)候你很有可能購買了電腦或智能手機(jī)。當(dāng)您查看說明時(shí)，您可能已經(jīng)注意到此類設(shè)備的速度通常以千兆赫茲(GHz)為單位。目前大多數(shù)設(shè)備都在幾千兆赫茲左右。但是，進(jìn)步加速，并尋求新的方法來提高我們?cè)O(shè)備的頻率和性能。為此，來自工程研究生院和前沿科學(xué)研究生院的UTokyo研究人員探索了自旋電子學(xué)的新興領(lǐng)域。

“我希望我們的研究能夠引領(lǐng)基于自旋電子的邏輯和存儲(chǔ)設(shè)備，”Ohya說。“幾十年來，人們應(yīng)該看到自旋電子智能手機(jī)和數(shù)據(jù)中心。我們將在人工智能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)令人難以置信的性能提升。”

自旋電子學(xué)，又名“自旋電子學(xué)”，利用稱為自旋的電子的內(nèi)在屬性 - 負(fù)責(zé)磁性行為 - 來執(zhí)行功能。例如，計(jì)算依賴于物理材料的可切換狀態(tài)作為傳遞信息的方式。眾所周知，包括二進(jìn)制代碼的1和0由通信線路中的電壓電平或硬盤驅(qū)動(dòng)器中的磁性金屬的磁狀態(tài)表示。狀態(tài)之間切換越快，設(shè)備的性能就越高。在自旋電子器件中，離散自旋磁化狀態(tài)表示二進(jìn)制數(shù)字。

研究人員創(chuàng)造這種特性的一種方法是用短的但高頻的太赫茲輻射脈沖照射特殊的磁性材料，類似于機(jī)場(chǎng)人體掃描儀。輻射在這種材料中翻轉(zhuǎn)電子自旋 - 鐵磁性砷化錳(MnAs) - 因此其磁化強(qiáng)度比微芯片中的晶體管開關(guān)快三個(gè)數(shù)量級(jí)。其他研究人員之前曾嘗試過這種方法，但響應(yīng)脈沖的磁變化僅為1%，太小而無法實(shí)際應(yīng)用。

然而，現(xiàn)在Ohya和他的團(tuán)隊(duì)成功地證明了經(jīng)受太赫茲脈沖的MnAs納米顆粒的磁化強(qiáng)度變化更大。這種20%的更大響應(yīng)意味著它可能在研究中更有用，并暗示可能的未來應(yīng)用。他們的訣竅是利用太赫茲電磁輻射的電子元件而不是磁性元件。

“到目前為止，該領(lǐng)域的研究人員使用鐵磁金屬薄膜來研究太赫茲磁化調(diào)制，但這些會(huì)阻礙輻射的能量，”Ohya說。“相反，我們將我們的鐵磁納米粒子嵌入到100納米厚的半導(dǎo)體薄膜中。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以阻止輻射，因此太赫茲電場(chǎng)均勻地到達(dá)并翻轉(zhuǎn)納米粒子的自旋和磁化強(qiáng)度。”