自旋電子學原子薄絕緣體如何幫助傳輸自旋

由幾個原子組成的中間層有助于改善自旋電流從一種材料到另一種材料的傳輸。到目前為止，這個過程涉及重大損失。來自馬丁路德大學Halle-Wittenberg(MLU)、馬克斯普朗克微結構物理研究所(MPI)和柏林自由大學的一個團隊在ACS科學期刊NanoLetters上報告了如何避免這種情況。因此，研究人員展示了與許多自旋電子應用相關的重要新見解，包括未來的節能和超快存儲技術。

在現代微電子學中，電子的電荷被用于在電子元件、手機和存儲介質中攜帶信息。電荷傳輸需要相對大量的能量并產生熱量。自旋電子學可以提供一種節能替代方案。基本思想是在信息處理中利用自旋。自旋是產生磁矩的電子的固有角動量。這會產生最終用于處理信息的磁力。

在自旋電子學中，自旋電流也必須從一種材料轉移到另一種材料。“在許多情況下，跨界面的自旋傳輸是一個非常有損的過程，”領導這項研究的MLU的物理學家GeorgWoltersdorf教授解釋說。該團隊尋找一種方法來減輕這些損失，方法是使用一種起初聽起來相當矛盾的方法：他們在兩種材料之間集成了一個絕緣屏障。

“我們在原子水平上設計了絕緣體，使其變成金屬并可以傳導自旋電流。這使我們能夠顯著改善自旋傳輸并優化界面特性，”Woltersdorf總結了這一過程。材料樣品由馬克斯普朗克微結構物理研究所生產。通過在MLU和柏林自由大學進行的自旋輸運測量發現了意想不到的效果。該團隊還為新發現提供了理論基礎。根據Woltersdorf的說法，這可以使用沒有自旋軌道耦合的相對簡單的模型來描述。

結果與許多自旋電子應用高度相關。例如，它們可用于改進自旋電子太赫茲發射器。太赫茲輻射不僅應用于研究，還應用于高頻電子、醫學、材料測試和通信技術。