小電流可以獲得自旋電子學的巨大收益

東京大學的研究人員創(chuàng)造了一個電子元件，展示了對未來幾代計算邏輯和存儲設備非常重要的功能和能力。它比以前嘗試創(chuàng)建具有相同行為的組件的功率效率高出一到兩個數(shù)量級。這可以應用于新興的自旋電子學領域。

自旋電子學研究了邏輯和存儲器的高性能，低功耗元件的可能性。它基于將信息編碼到電子自旋中的想法，這是與角動量相關的屬性，而不是通過使用電子包來表示位。

解開自旋電子學潛力的關鍵之一在于能夠快速有效地磁化材料。東京大學教授Masaaki Tanaka及其同事在這一領域取得了重大突破。該團隊創(chuàng)造了一個元件，一個鐵磁材料薄膜，其磁化強度可以通過施加非常小的電流密度完全反轉(zhuǎn)。它們比先前技術所需的電流密度小一到兩個數(shù)量級，因此該器件效率更高。

“我們正試圖解決磁存儲器件中磁化反轉(zhuǎn)所需的大功耗問題，”田中說。“我們的鐵磁半導體材料 - 砷化錳鎵(GaMnAs) - 非常適合這項任務，因為它是一種高質(zhì)量的單晶。較少有序的薄膜具有不希望的電子自旋傾向。這類似于電子材料中的電阻和這是我們試圖減少的那種低效率。“

團隊用于實驗的GaMnAs電影在另一方面也很特別。由于稱為分子束外延的制造工藝，它特別薄。使用這種方法，可以比試圖使用多層而不是單層薄膜的其他類似實驗更簡單地構(gòu)造器件。

“我們沒想到在這種材料中磁化能夠以如此低的電流密度反轉(zhuǎn);當我們發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象時，我們非常驚訝，”田中總結(jié)道。“我們的研究將促進材料開發(fā)的研究，以實現(xiàn)更有效的磁化反轉(zhuǎn)。這反過來將有助于研究人員實現(xiàn)自旋電子學的有希望的發(fā)展。”