一種新材料可以幫助開發(fā)非常節(jié)能的IT應(yīng)用程序，該材料是由一個國際研究小組與馬丁·路德大學(xué)哈勒-維滕貝格(MLU)合作研究發(fā)現(xiàn)的。材料氧化物界面上的電子具有特殊性質(zhì)，大大提高了自旋電流到電荷電流的轉(zhuǎn)化率，這是未來自旋電子學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

其研究成果發(fā)表在《自然材料》期刊上，這種新材料被發(fā)現(xiàn)比以前研究過的任何材料都更有效。電流流過所有的技術(shù)設(shè)備，熱量產(chǎn)生，能量損失。

自旋電子學(xué)探索了利用電子的一種特殊性質(zhì)：自旋來解決這個問題的新方法，這是一種電子的內(nèi)稟角動量，它產(chǎn)生一個磁力矩，這就是產(chǎn)生磁性的原因。自旋電子學(xué)的理論是：如果自旋電流流過材料而不是電荷，則不會產(chǎn)生熱量，設(shè)備中的能量損失也會明顯減少。MLU物理學(xué)家Ingrid Mertig教授解釋說：然而，這種方法仍然需要電流才能使設(shè)備工作。因此，有效的自旋到電荷轉(zhuǎn)換對于這種新技術(shù)是必要的。

Ingrid Mertig研究小組是發(fā)現(xiàn)新材料國際研究小組的一員，這項工作由法國物理學(xué)家曼努埃爾·比布斯博士領(lǐng)導(dǎo)，他在著名的國家科學(xué)研究中心(CNRS)-泰勒斯研究所進行研究。該小組研究了兩種氧化物之間的界面，這兩種物質(zhì)實際上是絕緣體，是不導(dǎo)電的。然而，在它們的界面上形成了一種二維電子氣，行為類似于金屬，傳導(dǎo)電流，并能將電荷電流轉(zhuǎn)換成極高效率的自旋電流，研究小組的兩名成員Annika Johansson博士和B?rge G?bel博士為這種不尋常的觀察提供了理論解釋。

這種新材料比任何其他已知材料的效率都要高得多，這可以為開發(fā)新的節(jié)能計算機鋪平道路。自旋電子學(xué)傳統(tǒng)上依賴鐵磁金屬作為自旋發(fā)生器和探測器，自旋軌道電子學(xué)利用非磁性系統(tǒng)中通過自旋（軌道耦合實現(xiàn)有效的自旋）電荷相互轉(zhuǎn)換。雖然分裂拋物線帶的Rashba圖經(jīng)常被用來解釋這樣的實驗，但它無法解釋最大的轉(zhuǎn)換效應(yīng)及其與電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

在本研究展示了界面工程，高載流子密度SrTiO3二維電子氣中非常大的自旋（電荷轉(zhuǎn)換效應(yīng)），并將其柵極依賴于能帶結(jié)構(gòu)。研究表明，由于軌道混合，轉(zhuǎn)換過程被增強的類Rashba分裂放大，并且在避免具有拓撲非平凡順序的帶狀交叉附近。研究結(jié)果表明，在新的存儲器和晶體管設(shè)計中，氧化物二維電子氣是基于自旋信息讀出的有力候選者。研究結(jié)果還強調(diào)了拓撲作為一種新成分的前景，以擴大自旋電子學(xué)復(fù)雜氧化物的范圍。

博科園｜研究/來自：Martin-Luther-Universit?tHalle-Wittenberg

參考期刊《自然材料》

DOI: 10.1038/s41563-019-0467-4

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