电子自旋高速操控实现 高效低耗电子器件更“近”一步
科技日报讯 （洪恒飞 柯溢能 采访人员江耘）科技日报采访人员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 。
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