未来的自旋电子应用电子自旋高速操控实现高效低耗电子器件更“近”一步|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

电子自旋高速操控实现高效低耗电子器件更“近”一步

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。

中国科学家发现电子自旋间的新奇相互作用，对未来科技有何影响？

科学家通过实验发现了一种新奇的自旋-自旋-速度依赖性相互作用（SSIVDs），这项研究成果发表在《物理评论快报》上。研究团队利用固态自旋量子传感器，在短距离内对这种相互作用进行了深入探测，取得了重要的实验数据。

目前，粒子物理学的标准模型已经很成功地描述了基本粒子和四种基本相互作用，但它仍无法解释一些重要的宇宙学现象，比如暗物质和暗能量。一些理论提出，新粒子可以作为传播介质，在标准模型粒子之间传递新的相互作用。然而，目前关于自旋之间的速度相关新相互作用的实验研究非常少，尤其是在相对较小的力距离范围内，几乎没有实验验证。