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北京大學新材料學院:發現自旋電子超交換相互作用如何調控鋰電池...
【成果簡介】北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊通過第一性原理計算，發現三元層狀正極材料中過渡金屬離子之間「自旋電子超交換」作用。對這類材料進行結構與性能相關性的深入研究，不僅對產業應用有重要意義，也為探索發現更好的正極材料奠定基礎。在這類層狀材料中，過渡金屬離子層與鋰層交替排列，之間通過氧層間隔開。研究發現Ni／Li反位很容易發生在三元層狀材料中（見圖1），對其性能發揮產生影響，如影響鋰離子的擴散速度、容量發揮和引發結構相變等，也有少數報導指出適量的Ni／Li反位有利於電化學循環過程中的結構穩定。
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【「自旋」趣事 】電子自旋的由來
然而這個「蠢驢」卻先於他的師兄做出了重大發現，這當然讓泡利很是鬱悶。不過，幾個月後（確切的時間是1925年1月16日），泡利終於還是提出了著名的「泡利不相容原理」。大意是說，原子中不能同時容納兩個運動狀態相同的電子，泡利認為電子有四個自由度，除去電子層、電子亞層、電子云伸展方向三個自由度外，還有第四個自由度，可這第四個自由度究竟是什麼他自己也一直搞不清楚。
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自旋電子學
巨磁阻效應（GMR）的發現及應用讓電子工程師們認識了自旋，使他們恍然大悟：原來自旋是如此的有用啊！事實上，儘管電子學的發展和應用已有一百多年的歷史，但電路和電子器件中所利用和研究的基本上只是電流，也就是電荷的流動，與自旋完全無關。幾十年來，電子學固然功勞巨大，但人類的追求永遠沒有止境，手機的體積小了還想再小，計算速度快了還要更快。
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日發現電子自旋是高溫超導發生關鍵
日本科學家發現，在高溫超導物質銅氧化物中，以電子自旋為媒介的力量決定物質是否容易產生超導現象。這為尋找更高溫度下的超導體提供了線索。 在超導體中，原本應該相互排斥的兩個電子會組成電子對。這些電子對可以平穩地通過由失去部分電子的原子所組成的通道，而不引起原子振動，即出現超導現象。在高溫超導物質中，促使電子組成電子對的力量究竟是怎麼產生的？學術界長期以來存在兩種觀點：傳統觀點認為，這與原子振動有關；而新觀點認為，電子自旋在其中扮演了重要的角色。
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美科學家發現控制不同自旋方向電子的方法
美國加州大學物理學家近日在實驗室中的一次偶然發現，也許將改變計算機信息傳送和存儲的方式。這一發現將會極大助力於半導體自旋電子技術的發展，推動新型超高速計算機的產生。
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電子自旋的高效閥
圖片來源：巴塞爾大學物理系巴塞爾大學的研究人員與來自比薩的同事合作開發了一種新概念，該概念利用電子自旋來切換電流。除了基礎研究以外，此類自旋閥還是自旋電子學中的關鍵元素，自旋電子學是一種利用自旋而不是電子電荷的電子產品。研究結果發表在科學雜誌《通信物理學》上。在某些時候，自旋電子學可能成為流行語，與電子學一樣，成為我們詞彙量的一部分。
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鑽石或是自旋電子元件潛在材料
最近，研究人員探尋了一種被稱為自旋電子學的新技術潛力。自旋電子學依靠探測並控制粒子自旋。該技術或能帶來新的更加高效和強大的設備。 在一篇日前發表於美國物理聯合會（AIP）出版集團所屬《應用物理快報》的論文中，研究人員測量了電荷載子的自旋同鑽石中的磁場發生相互作用的強度有多大。這種關鍵屬性證實，鑽石可作為自旋電子元件的一種頗有前景的材料。
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新型自旋電子器件用電磁波進行計算,結果如何
打開APP 新型自旋電子器件用電磁波進行計算，結果如何 環球創新智慧 發表於 2019-12-12 15:52:00 這一進展朝著基於磁性的實用性器件邁出了關鍵一步，這種器件將比傳統電子器件具有更為高效的計算潛力。經典的計算機進行計算與存儲數據時，都需要耗費大量的電力，並產生大量的廢熱。數據中心的伺服器就消耗了全球2%~5%的電力，並產生出許多熱量，而這些熱量需要更多的電力去冷卻。 為了尋找更加高效的替代方案，研究人員們開始設計基於磁性的「自旋電子」器件。
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自旋卡諾電子學研究進展
微電子學主要利用電子電荷作為能量和信息傳輸的媒介，它只利用了電子電荷的傳輸。但隨著1988 年巨磁電阻效應在Fe—Cr 多層結構中被發現，人們意識到電子不僅是電荷的載體， 而且還是自旋的載體。如果能利用電子自旋這一新的自由度，便能研製出效率更高的信息記錄、存儲和傳輸的新一代電子器件，就這樣自旋電子學應運而生，並有了長達二十多年的發展。
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自旋電子學新研究進展
正如最近幾篇文章中所介紹的，自旋電子器件有望解決現代電子計算機的主要問題：耗費巨大的電力；製造熱量，而這些熱量又需要更多的能量來冷卻。作為對比，自旋電子器件產生很少的熱量，使用相對來說非常少的電量。自旋電子計算機在內存中保持數據所需的能量幾乎為零。它們也可以瞬間啟動，並且具有比當今計算機強大許多倍的潛力。
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自旋電子學的青山
眾所周知，Peter Grünberg與法國巴黎南大學的Albert Fert各自以在1988年前後發現磁性多層膜中的巨磁電阻GMR效應而著稱，是現代自旋電子學的奠基人。嚴謹地說，Grünberg那時取得的成果可能與量子材料並無密切關聯，但自旋電子學的概念卻是引導量子材料發展的旗幟之一，包括隧穿磁電阻、龐磁電阻、及至當前的拓撲量子材料，發展這些材料的一個核心目標即為自旋電子學應用。從這一意義上，Grünberg教授可以算是量子材料發展的開拓者之一。
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袁燦倫重建《新量子力學》(十)電子的自旋
作者按用《新量子力學》建立了一個新原子模型，現在分析電子的自旋。，也表示「電子」可以向兩個方向運動，也對應著電子可以有兩個方向上的自旋。它環繞原子核波動的方向也有順時針和逆時針兩種方向，對應著電子自旋的方向也有順時針和逆時針兩種方向。圖(13)形象描繪了一個電子波包在其所在殼層(三維空間的)轉動到六個方位時的情形，這樣角動量和磁矩也就一一明了了。
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發現新的磁性能!將為未來的自旋電子應用,開啟新磁性特性!
一項理論與實驗合作的研究，發現了二維結構中的新磁性能，這對自旋電子學新興領域研究具有令人興奮的潛力。自旋電子器件除了使用傳統電子器件的電荷外，還使用一種稱為自旋的量子特性。因此，自旋電子學有望實現具有顯著增強功能的超高速低能電子設備。
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使電子自旋方向守恆的方法
正如真空中運動的一個物體趨於運動一樣，一個自旋電子的軸也趨於保持在固定方向上。這兩種現象都符合從真空均勻性最終推導出的守恆定律。
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電子自旋的發現史,他在其中充當反面角色,但卻名留青史!
電子自旋的發現故事，得從一位奧地利物理學家泡利說起，不過泡利在其中扮演的是"反面"角色。泡利和斯特恩對電子自旋的觀點是一致的，兩人還試圖說服波爾不要接受電子自旋的觀點，因為當時電子自旋還有很多概念未清楚，所以波爾也處於質疑當中。
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利用電子自旋進行手性拆分
在自然界中多數物理狀態下，電子的自旋是消旋的，即自旋向上和向下的電子等量存在。但對於磁性材料，尤其是半金屬材料，由於其費米能級處兩種自旋電子態密度不同，導致它對一種自旋方向的電子導電，對另一種自旋方向的電子表現為絕緣體[1]。目前，研究者發現只有磁場時不能選擇性合成手性分子，但是在磁性材料表面會存在分子的對映選擇性吸附。這是因為吸附手性分子的電荷極化伴隨著自旋極化而產生。
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電子自旋控制:懸浮納米金剛石是基礎研究的瑰寶
研究人員展示了當電子和雷射懸浮在真空管中，如何控制納米金剛石的「電子自旋」，這將會有助於發現在量子信息處理、傳感器等方面的應用，且有助於對量子力學的物理基礎研究。 電子可以被認為有兩個不同的自旋態，「向上」或「向下」，研究人員能夠檢測和控制電子自旋共振，或者實現其從一個狀態到另一個狀態的變化。
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電子自旋傳遞距離可達1微米
所以基於有機半導體的自旋電子學器件，一直被認為可以提供更快、更節能的計算機，且能執行比目前更加複雜的操作。但在過去10年裡，有機自旋電子學的發展一直比較沉寂，其主要原因是難以做到在不丟失原始信息的情況下，使電子自旋能夠圍繞聚合物電路移動足夠遠的距離。
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科技:研究人員認為電子的自旋有望成為下一代電子產品的關鍵
內布拉斯加大學，林肯大學的物理學家已經確定了一種晶體結構可能更好地維持電子自旋的材料：與電荷相似的屬性可以代表數字設備中的信息。標準CPU將電荷量讀取為1s或0s，該電荷打開或關閉調節電子流動的門。以同樣的方式，自旋電子設備可以讀取電子旋轉的方向：向上與向下。
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利用電子自旋改變磁方向
磁開關的可逆轉是磁信息儲存的關鍵因素，如今，研究人員在不改變電流的情況下，利用電子的自旋實現了磁開頭的可逆轉性。新發現發表在日前在線出版的《自然—物理學》期刊上，它將導致一種全新、低能的電子設備的誕生。