电子自旋高速操控实现 高效低耗电子器件更“近”一步

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发布时间:2021-05-13 11:14:10
来源:科技日报

科技日报讯 (洪恒飞 柯溢能 记者江耘)科技日报记者5月6日从浙江大学获悉,该校物理学系郑毅研究员课题组与联合团队,首次在黑砷二维电子态中发现了外电场连续、可逆调控的强自旋轨道耦合效应,实现了对自旋的高速精准控制;同时在全新的自旋—能谷耦合的Rashba物理现象中,发现了新奇的量子霍尔态。相关论文当天刊发于国际期刊《自然》。

电子是人们日常生活中熟悉的“陌生人”:每个电子携带一份内禀的电荷,其集体运动产生的电流驱动了照明、晶体管以及各种电子设备的运行。然而作为一种基本粒子,电子还携带另外一个基本物理量,即自旋。如何操控自旋,研制速度更快、能耗更低的电子器件是自上世纪90年代以来科学和工程领域孜孜追求的目标。

常见的晶体管运行,通过场效应在沟道中注入和抽离电荷实现开关。但作为与电荷具有同等内禀地位的自旋却极容易受到干扰,无法简单地生成运动控制阀门。“要实现自旋驱动的电子器件,就必须先有效地操控自旋的取向,进而可以用自旋阀门来控制电子的通过与否。”郑毅介绍说,重元素二维材料体系使得电子自旋的高速精准控制成为可能。

郑毅团队在对薄层黑砷微纳器件的研究中,成功发现加入外电场时,黑砷二维电子态系统的自旋轨道耦合效应可连续、可逆的打开和关闭。这也为后续自旋器件的开发找到了一个控制电子通行的高速开关。

“该研究将对高效率、低能耗自旋电子器件研制提供坚实基础,对进一步加深量子霍尔现象的理解,以及依托拓扑超导器件的量子计算研究具有积极意义。”谈及应用前景,郑毅说,未来,科研人员有望利用自旋轨道耦合实现高效的自旋调控,开发自旋场效应晶体管等电子元器件。

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