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高靈敏度量測途徑為低功耗自旋電子鋪路

上網時間: 2015年12月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:自旋電子  磁化  靈敏度  磁場波動  純自旋流 

來自日本與法國的一支「自旋電子」跨國研究小組宣稱,能夠以一種較傳統磁化測量更靈敏的方式,成功地探測到具有純自旋流的磁場波動。

自旋電子是一種利用電荷與自旋原理的新式電子學。無電荷電流的純自旋流是該領域的重要物理量之一,可望在下一代低功耗的電子產品扮演關建作用。

這種電子具有2個自由度或屬性:電荷和自旋。隨著近幾年在微加工技術的發展,透過有效結合這兩種屬性,已經能夠開發出超越以往電子學的元件了。這個領域的研究被稱為「自旋電子學」(spintronics),一些較受矚目的成就包括硬碟驅動器的磁頭以及磁組隨機存取記憶體(MRAM)。2007年諾貝爾物理學獎(Nobel Prize)就頒給了發現巨磁阻效應的2名學者,而這也是自旋電子的由來。

了解與自旋有關的傳輸特性是自旋電子的核心。純自旋流是一種無電荷電流的自旋角動能電流,這種重要的物理特性除了將在下一代低功耗電子扮酒重要作用,另一方面,純自旋流中由於沒有電荷電流,因此應該也能以一種靈敏的方式探測自旋特性,但目前的基礎研究卻未能善加利用這一特性。

由大阪大學(Osaka University)、東京大學(University of Tokyo)、日本原子力研究所(Japan Atomic Energy Agency)與理化學研究所(RIKEN),以及法國國家科學研究中心(Centre national de la recherche scientifique)與巴黎第十一大學(Universite Paris-Sud)等日、法兩國研究人員組成的跨國研究團隊發現,透過純自旋流可望探測磁場波動。為了深入探索這種磁場波動,研究人員們選擇了自旋玻璃。這種自旋玻璃是一種典型的不穩定系統,其中少量帶有磁矩的雜質隨機分佈在非磁性的主要金屬中。在高溫下,這種磁矩會發生高速波動現象。而當溫度接近自旋玻璃的溫度Tg時,波動速度減緩,而磁矩在Tg時凍結。在採用磁化測量的許多自旋玻璃系統中,這方面已經有了深入的研究。

而在新的研究中,研究人員將純自旋電流注入自旋玻璃系統中(CuMnBi合金)。在溫度超過Tg時可觀察到這種不規則性。結果顯示純自旋流能以較傳統磁化測量更靈敏的方式探測到波動的磁矩。在不久的將來,可望進一步開發出具有純自旋流的磁感測器,從而取代超導量子干涉儀(SQUID)。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Sensitive measurements point to next generation low energy spintronics,by Paul Buckley)





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