随着现代电子设备接近摩尔定律的极限以及集成电路设计中功耗的持续挑战，有必要探索传统电子产品之外的替代技术。自旋电子学代表了一种可以解决这些问题并提供实现低功耗设备的潜力的方法。
新加坡国立大学(NUS)物理系和材料科学与工程系的BarbarosÖzyilmaz教授和AhmetAvsar助理教授领导的研究小组之间的合作取得了重大突破，发现了高度二维黑磷的各向异性自旋输运性质。
与电子设备中电荷的传统运动相反，自旋电子学专注于操纵电子“自旋”固有特性的开创性设备。与电子中的电荷类似，自旋赋予电子一种旋转质量，就像它们绕轴旋转一样，使它们的行为就像微小的磁铁一样，具有大小和方向。
电子自旋可以以两种状态之一存在，称为自旋“向上”或自旋“向下”。这类似于顺时针或逆时针旋转。
传统电子设备通过在电路中移动电荷来工作，而自旋电子学则通过操纵电子自旋来工作。这很重要，因为在传统电路周围移动电荷必然会导致一些功率以热量的形式损失，而自旋运动本质上不会消散那么多的热量。这一特性可能允许低功耗设备运行。
研究人员对使用原子薄极限的材料来研究自旋“通道”的特性特别感兴趣，这些材料就像可以促进自旋传输的电线。
Özyilmaz教授强调了自旋电子学器件中材料选择的重要性，他说：“选择正确的材料对于自旋电子学至关重要。高性能和功能性的自旋通道材料是自旋电子学器件的支柱，使我们能够操纵和控制各种应用的自旋。”
黑磷就是这样一种新兴材料，因其良好的自旋电子学特性而受到关注。黑磷具有独特的褶皱晶体结构，这意味着其自旋行为也取决于其方向。
Avsar教授表示：“黑磷表现出高度各向异性的自旋输运，这与传统自旋通道材料中正常的各向同性行为不同。其晶体结构赋予自旋输运方向性特征，为控制自旋电子器件提供了新的可能性。”
研究人员制造了超薄的基于黑磷的自旋阀，封装在六方氮化硼层之间。通过将自旋注入装置一端的黑磷，并通过改变自旋流的方向来测量另一端的自旋信号，研究了自旋输运各向异性。
在垂直于黑磷层施加强磁场的同时进行测量，并将其与施加弱磁场时的测量进行比较。
研究人员观察到，施加强磁场会导致自旋信号大幅增加。这种效应源于褶皱晶体结构，因为强磁场迫使自旋指向材料平面之外，改变它们与周围环境的相互作用，并将其寿命延长六倍。
这项研究还发现，超薄黑磷使用背栅表现出电可调的纳秒自旋寿命。特殊的自旋各向异性，加上电调制自旋输运的能力，使得能够创造出不仅由自旋的二元状态(向上或向下)控制的新颖器件，而且还利用自旋各向异性来实现方向控制。
这使得黑磷成为一种独特的自旋操纵平台，这是自旋电子学领域的一项关键进步。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！