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开发了基于硅的“自旋电子学”设备

发布时间:2017-12-01 07:22:16来源:未知点击:

作者:Kurt Kleiner(图片来源:Zauner / Science)美国科学家已经宣布了一项可以推动最热门的物理研究领域 - “自旋电子学” - 的发展最终,物理学家希望通过自旋电子学研究可以实现更小,更快,耗电更少的计算机这些机器将使用基于操纵和测量电子自旋的逻辑设备来操作,而不是打开和关闭电流现在,研究人员首次表明,他们可以将自旋极化电子注入硅中,对其进行操纵,并测量它们从另一侧出来这很重要,因为可以使用现有的制造技术制造由硅制成的自旋电子元件然而,到目前为止,已经证明难以注入和测量硅中的自旋使用硅很困难,因为它会导致通过的电子失去其自旋状态自旋是与磁子密切相关的电子的量子特性,并且单个电子具有“向上”或“向下”的自旋在典型的电流中,电子具有两种自旋,但是使电流通过铁磁体将其过滤掉具有与磁体轴相反取向的自旋的电子将被减慢和散射,而具有沿磁轴取向的自旋的电子将被吸引通过这产生了由电子组成的极化电流,其中一个旋转方向比另一个方向更多然后可以通过使电流通过另一个磁体来识别这些电子的自旋此前,研究人员已经将自旋电子学与金属以及砷化镓等半导体相结合但硅已被证明是令人沮丧的材料一个主要的问题是,当你将铁磁体与硅结合时,会形成称为硅化物的材料,这些材料会产生自旋相干电流然而,现在,美国纽瓦克特拉华大学的Ian Appelbaum和Biqin Huang以及美国马萨诸塞州剑桥NanoTech的Douwe Monsma表明,可以使用硅基器件注入和检测自旋研究人员通过5纳米深的薄膜铁磁体传递高能电子,这些铁磁体沉积在10微米薄的硅晶片上将整个装置冷却至85°K(-188℃)保持层非常薄并使用高能电子允许电子穿过硅而不会失去其自旋这使得可以将具有特定自旋态的电流注入硅中,并在另一端测量它该团队还表明,他们可以通过对硅进行磁场来改变硅中电子的自旋 “这是一次非常重要的演示,”加州大学圣巴巴拉分校的物理学家David D. Awschalom说 “这对社区来说是重要的一步”美国纽约州立大学布法罗分校的物理学家Igor Zutic补充说,下一步将证明这些设备可以在更高的温度下工作并使用架子上的硅不是完全纯净的期刊参考:自然(第447卷,