新的UC Riverside自旋电子学技术的研究进展

加利福尼亚大学的工程师，河畔，有报道提出所谓的“自旋”的设备，将有助于导致新技术的计算和数据存储。他们已经开发了低成本的方法，从金属和硅的自旋电子元件的检测信号，克服了对自旋电子学的广泛应用的主要障碍。以前这种装置依赖于复杂的结构，使用稀有而昂贵的金属，如铂。研究人员在Sandeep Kumar的带领下，一个机械工程助理教授。

自旋电子器件的承诺来解决今天的电子计算机的主要问题，在计算机使用大量的电力和产生热量需要消耗更多的能量用于冷却。与此相反，自旋电子器件产生热量小，使用相对微小的电。自旋电子计算机不需要能量来维持内存中的数据。他们也将立即启动，并有潜力比今天的计算机强大得多。

而电子取决于电子生成计算机数据的二进制数字的电荷、自旋电子学取决于电子称为自旋性质。自旋电子材料登记二进制数据通过“上”或“向下”的电子在材料、北南自旋取向的磁铁棒。在自旋电子学器件发展的一个主要障碍是产生和检测在自旋电子材料微元电子自旋信号。

在一篇发表在科学期刊的应用物理快报一月发行，库马尔和他的同事们报告了一个高效的自旋电流检测的一个简单的硅双层夹心和铁镍合金称为坡莫合金技术。所有这三个分量都是廉价和丰富，可以用于商业的自旋电子器件提供了基础。它们也在室温下工作。这些层是用广泛使用的电子制造工艺制造的，称为溅射。这篇文章的共同作者的研究生Ravindra Bhardwaj和Paul Lou。

在他们的实验中，研究人员对坡莫合金加热硅双层三明治一边创建一个温度梯度，产生的双层电电压。电压是由于现象称为自旋塞贝克效应。工程师们发现，由于另一种现象被称为“逆自旋霍尔效应”，他们可以探测到铋层中产生的“自旋电流”。

研究人员说，他们的发现将有助于有效地在计算机内存中进行磁开关，“这些科学突破可能会推动这种设备的发展”。更广泛地说，他们认为，“这些结果无处不在的Si（硅）来带自旋电子学研究的前沿，将节能四自旋电子学和自旋caloritronics Si器件的基础。”

在其他两篇科学论文，研究人员发现他们可以生成一个密钥对自旋电子学材料特性称为反铁磁性，在硅。作为开放的一个重要途径商业自旋电子学，研究人员说，由于硅是廉价和可以使用成熟的技术，具有悠久的应用历史在电子制造。

铁磁性是磁性材料的性质，其中的磁极在同一方向上排列。相反，反铁磁性是一种财产，相邻原子的磁导向相反的方向。这些“磁矩”是由于电子在原子的自旋，并对材料在自旋电子学中的应用中心。

在两篇论文，库马尔和娄检测报告的两种硅称为n型和p-type-used晶体管和其他电子元件的反铁磁性。n型半导体硅是“掺杂”，因为它有丰富的带负电荷的电子的物质；和p型硅掺杂有大量集中的带正电荷的“洞”。结合这两种类型使开关的电流在这样的设备中所使用的计算机内存和其他电子晶体管。

本文在磁学和磁性材料杂志，娄和库马尔报告检测N型硅自旋霍尔效应和反铁磁性。他们的实验用多层薄膜包括钯、镍-铁合金，锰氧化物和N型硅。

在第二篇论文，在科学杂志的物理学1.166，他们报道的检测在p型单晶硅旋转驱动和反铁磁性过渡金属和硅之间的绝缘性能。这些实验用薄膜类似与N型硅。

研究人员观察到，“紧急反铁磁行为奠定基础的Si（硅）后者提出了自旋电子学和可能改变的每一个领域涉及硅薄膜。这些实验也用简单的半导体电子学物理描述了磁行为的潜在电子控制。所观察到的大的电阻变化和掺杂相变依赖鼓励发展反铁磁相变的自旋电子学器件。”

在进一步的研究中，库马尔和他的同事们正在开发技术来在材料中开关自旋电流，最终目的是制造一个自旋晶体管。他们也正在产生更大的、更高的电压的自旋电子芯片。库马尔说，他们的工作成果可能是极低功率、紧凑的发射机和传感器，以及高效节能的数据存储和计算机存储器。