格羅寧根大學(xué)的物理學(xué)家設(shè)法通過磁鐵改變了自旋波的流動，只使用了電流。這是構(gòu)建自旋電子器件所需的自旋晶體管邁出的一大步。這些承諾比傳統(tǒng)電子產(chǎn)品更節(jié)能。

自旋是電子的量子力學(xué)性質(zhì)。簡而言之，它使電子表現(xiàn)得像小磁羅盤針，可以指向上或下。這可以用于傳輸或存儲信息，創(chuàng)建自旋電子設(shè)備，其承諾優(yōu)于普通微電子學(xué)的若干優(yōu)勢。

在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中，需要單獨(dú)的設(shè)備用于數(shù)據(jù)存儲(通常使用磁處理)和數(shù)據(jù)處理(電子晶體管)。自旋電子學(xué)可以將兩者集成在一個設(shè)備中，因此不再需要在存儲和處理單元之間移動信息。此外，與普通RAM存儲器相比，旋轉(zhuǎn)可以以非易失性方式存儲，這意味著它們的存儲不需要能量。所有這些意味著自旋電子學(xué)可以制造更快，更節(jié)能的計(jì)算機(jī)。

波

要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須采取許多步驟，并且必須獲得許多基礎(chǔ)知識。位于格羅寧根大學(xué)澤尼克先進(jìn)材料研究所的納米器件物理學(xué)組教授Bart van Wees處于該領(lǐng)域的最前沿。在他們的最新論文中，他們展示了一種基于磁子的自旋晶體管。磁子或自旋波是一種僅在磁性材料中出現(xiàn)的波。“你可以將巨像視為波浪，或者像電子一樣的粒子，”范維斯小組的博士學(xué)生Ludo Cornelissen解釋說，他是該論文的第一作者。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，Cornelissen和Van Wees生產(chǎn)的磁性材料是磁性的，但也是電絕緣的。電子不能穿過磁鐵，但是自旋波可以 - 就像體育場中的波浪一樣，觀眾都會留在原地。Cornelissen使用一條鉑金將磁鐵注入由釔鐵石榴石(YIG)制成的磁鐵中。當(dāng)電子電流通過條帶時，電子通過與重原子的相互作用而被散射，這一過程稱為自旋霍爾效應(yīng)。散射取決于這些電子的自旋，因此旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的電子是分開的。

旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)

在鉑和YIG的界面處，電子在不能進(jìn)入磁體時反彈回來。'當(dāng)發(fā)生這種情況時，他們的旋轉(zhuǎn)會從上到下翻轉(zhuǎn)，反之亦然。然而，這導(dǎo)致了YIG內(nèi)部的平行旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)，從而形成了一個木桿。磁鐵穿過材料，可以用第二個鉑條檢測。

“我們前段時間通過磁鐵描述了這種自旋運(yùn)輸。現(xiàn)在，我們采取了下一步措施：我們想要影響運(yùn)輸。這是使用注射器和檢測器之間的第三個鉑條完成的。通過施加正電流或負(fù)電流，可以在傳導(dǎo)通道中注入額外的磁子或從其中注入漏極。'這使我們的設(shè)置類似于場效應(yīng)晶體管。在這種晶體管中，柵電極的電場減少或增加了溝道中自由電子的數(shù)量，從而關(guān)閉或提升電流。

Cornelissen和他的同事表明，添加磁控管會增加自旋電流，而排出它們會導(dǎo)致顯著減少。Cornelissen表示，雖然我們還無法完全關(guān)閉磁控管電流，但該設(shè)備確實(shí)可以充當(dāng)晶體管。理論建模表明，減小器件的厚度可以增加磁控管的耗盡，足以完全停止磁控管電流。

超導(dǎo)

但另一個有趣的選擇是，Cornelissen的主管Bart van Wees解釋說：“在一個更薄的設(shè)備中，有可能將通道中的磁子數(shù)量增加到形成玻色 - 愛因斯坦凝聚物的水平。” 這是導(dǎo)致超導(dǎo)性的現(xiàn)象。它發(fā)生在室溫下，與正常的超導(dǎo)性相反，后者僅在非常低的溫度下發(fā)生。

該研究表明可以制造YIG自旋晶體管，從長遠(yuǎn)來看，這種材料甚至可以產(chǎn)生自旋超導(dǎo)體。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過簡單的直流電流實(shí)現(xiàn)自旋注入和自旋電流控制，使這些自旋電子設(shè)備與普通電子設(shè)備兼容。“我們的下一步是看看我們能否實(shí)現(xiàn)這一承諾”，Van Wees總結(jié)道。