2019年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，在世界頂級期刊Science (《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，晶片中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，同時限制晶片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，王譯教授與新加坡國立大學Hyunsoo Yang教授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。
圖A-B：磁振子轉矩(A)與傳統電子自旋轉矩(B)對比示意圖；圖C：磁振子轉矩器件光學照片；圖D：磁振子轉矩驅動NiFe磁矩翻轉器件示意圖；圖E：Bi2Se3/NiO/NiFe器件的自旋轉矩鐵磁共振測量示意圖；圖F：磁振子轉矩強度與NiO厚度關係；圖G：不同厚度NiO器件中磁振子轉矩與溫度的關係；圖H：磁振子轉矩效應驅動磁矩翻轉磁光克爾成像
在前期工作基礎上，他們設計了異質薄膜結構，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，預期通過進一步調控器件，磁振子轉矩強度有望進一步增強。
此工作實驗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，必將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。該工作中，大連理工大學王譯教授為第一作者，成果部分得到大連理工大學人才啟動資金的資助。
王譯
物理學院教授、博士生導師。大連理工大學「星海青千」人才獲得者，入選2018年「大連市重點產業緊缺人才」。連續12年從事自旋電子學器件物理及應用研究。目前重點開展自旋軌道矩磁隨機存儲器的基礎應用研究。
王譯教授在Science (一作)，Physical Review Letters(一作)，Nature Communications(一作)，Nano Letters(一作)，Nature Materials，Nature Nanotechnology，Nature Physics，Advanced Materials等國際著名期刊發表SCI論文24篇。現擔任Physics Review Letters, Nano Letters，ACS Nano, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, IEEE Transactions on Magnetic等國際期刊審稿人。
內容來源 |大連理工大學物理學院