報(bào)告揭示了低功率器件材料候選者自旋動力學(xué)的新見解

計(jì)算機(jī)通過穿過微小電路和電線的電流處理和傳輸數(shù)據(jù)。由于這些電流遇到電阻，它們產(chǎn)生的熱量會破壞這些設(shè)備的效率甚至安全性。

為了最大限度地減少熱量損失并優(yōu)化低功耗技術(shù)的性能，研究人員正在探索其他方法來處理可能更節(jié)能的信息。能源部(DOE)阿貢實(shí)驗(yàn)室研究人員正在探索的一種方法涉及操縱電子的磁自旋，這是一個(gè)稱為自旋電子學(xué)的科學(xué)領(lǐng)域。

“在自旋電子學(xué)中，你可以將信息視為指向一個(gè)方向的磁鐵，另一個(gè)磁鐵指向相反的方向，”阿貢材料科學(xué)家阿克塞爾霍夫曼說。“我們對如何在應(yīng)用中使用磁激發(fā)感興趣，因?yàn)橐赃@種方式處理信息比通過電荷傳輸信息所消耗的能量更少。”

在納米快報(bào)發(fā)表的一份報(bào)告中，霍夫曼和其他研究人員揭示了磁絕緣子特性的新見解，這是低功率器件應(yīng)用的候選者; 他們的見解形成了早期的踩踏石頭，用于開發(fā)使用電子自旋而不是充電來傳輸信息的高速，低功耗電子設(shè)備。

他們研究的材料是釔鐵石榴石(YIG)，它是一種磁性絕緣體，能夠有效地產(chǎn)生和傳遞自旋電流并消耗很少的能量。由于其低功耗，YIG已被用于微波和雷達(dá)技術(shù)，但最近發(fā)現(xiàn)的與YIG相關(guān)的自旋電子效應(yīng)促使研究人員探索潛在的自旋電子應(yīng)用。

在他們的報(bào)告中，Argonne研究人員描述了當(dāng)材料暴露于電流時(shí)與YIG的小規(guī)模樣品相關(guān)的自旋動力學(xué)。

“這是第一次讓任何人測量這樣小的樣本大小的旋轉(zhuǎn)動力學(xué)，”Argonne博士后任命和該報(bào)告的第一作者Benjamin Jungfleisch說。“了解小尺寸的行為至關(guān)重要，因?yàn)檫@些材料需要很小，才有可能成功地集成到低功耗設(shè)備中。”

研究人員使用電子束光刻技術(shù)將YIG樣品連接到鉑納米線上，形成了微米級的YIG /鉑結(jié)構(gòu)。然后，他們通過鉑金發(fā)送電流來激發(fā)YIG并驅(qū)動自旋動力學(xué)。然后，他們進(jìn)行電氣測量以表征磁化動力學(xué)，并通過縮小YIG來測量這些動態(tài)變化的方式。

霍夫曼說：“當(dāng)材料縮小時(shí)，它們可以以不同的方式表現(xiàn)，這可能會成為識別和實(shí)現(xiàn)潛在新應(yīng)用的障礙。” “我們觀察到的是，雖然當(dāng)YIG變小時(shí)會有一些小細(xì)節(jié)發(fā)生變化，但似乎沒有一個(gè)根本障礙阻止我們使用我們用于小型電子設(shè)備的物理方法。”