自旋電子學領域獲突破性進展—新聞—科學網

2020-11-27 科學網

王譯在《科學》上發表自旋電子學領域突破性工作

11月29日，大連理工大學物理學院、三束材料改性教育部重點實驗室王譯教授與新加坡國立大學Hyunsoo Yang教授，在 《科學》上發表重要工作：利用自旋波翻轉磁矩實現數據存儲與邏輯運算。

遵循摩爾定律飛速發展的現代電子器件尺寸越來越小，晶片因電荷高速運動和頻繁碰撞引發嚴重發熱，不但造成高能耗，同時限制處理速度與集成密度的提高，成為阻礙當前器件發展的一個嚴重問題。在日常生活中，我們都能切身體會到電子產品耗電、發熱而帶來的嚴重不便。

聚焦上述關鍵科學技術問題，王譯與Hyunsoo Yang創新性提出利用自旋波（準粒子：磁振子）來驅動磁矩翻轉，實現晶片「0」和「1」的信息存儲和邏輯運算，這完全不同於以往通過有熱耗散的電子自旋注入的傳統技術。自旋波不局限於電子導體，可以以「波」的方式在多種介質中無熱耗散、低阻尼、長距離傳播自旋信息，重要的是該過程不需要導電電荷參與，因此這種新機制可以從根本上突破傳統晶片發熱、耗電等瓶頸。

研究人員設計了異質薄膜結構，以反鐵磁絕緣體NiO作為磁振子高效傳輸通道，拓撲絕緣體Bi2Se3作為高強度磁振子產生源，開創性利用磁振子轉矩效應實現商業廣泛應用的NiFe和CoFeB鐵磁薄膜自旋磁矩180°翻轉。器件在室溫下運行，磁振子轉矩效應顯著，通過進一步調控器件，磁振子轉矩強度有望進一步增強。

本項實驗工作證實了自旋波可有效翻轉自旋磁矩，開闢了實現低功耗、高速度信息存儲和邏輯運算晶片的新途徑，為發展磁振子學新研究方向，激發磁振子器件廣泛探索，促進後摩爾時代器件革新具有深遠意義。

相關論文信息：https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1125

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