自旋電子學：用電場控制磁自旋

自旋電子學是一個研究電子自旋的物理學領域，電子是許多基本粒子所具有的固有磁性類型。自旋電子學領域已經產生了“自旋電子器件”的技術概念，這些技術概念將依賴于電子旋轉，而不是傳統電子設備所使用的電荷。

為了構建可編程自旋電子器件，我們首先需要能夠在某些材料中操縱自旋。到目前為止，這已經通過磁場完成，磁場不容易集成到日常應用中。

在一組新的實驗中，由EPO的Hugo Dil領導的國際物理學家團隊現在已經展示了使用電場控制他們所謂的“自旋景觀”的能力。他們在一種基于碲化鍺(GeTe)的新材料中實現了這一目標，這是在室溫下操作的最簡單的鐵電材料。

科學家使用了一種稱為自旋和角度分辨光電子能譜(SARPES)的技術，它可以測量電子的自旋，并且已經被Dil的實驗室完善了。通過將SARPES與施加電場的可能性相結合，物理學家展示了鐵電α-GeTe和多鐵(GeMn)Te中的靜電自旋操縱。

此外，科學家們還能夠詳細地遵循旋轉的切換路徑。在(GeMn)Te中，垂直自旋分量由于電場引起的磁化反轉而切換。這提供了磁電耦合的確鑿證據，這開啟了可編程半導體自旋電子學的可能性。

“我們以前的工作表明，磁場可以控制這些材料的旋轉，”Dil說。“現在我們已經證明使用電場也可以進行自旋操作。我們的實驗結果為在自旋電子器件中僅使用電場開辟了一條很有前景的道路，大大降低了能耗。”