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新发现使模拟自旋电子器件更加接近

观察石墨烯中与电子自旋相关的过程中的非线性,可以更轻松地传输,操纵和检测自旋以及自旋至电荷的转换。它还允许进行模拟操作,例如幅度调制和自旋放大。这使自旋电子学达到了引入第一个晶体管后常规电子学的水平。格罗宁根大学物理学家的这些结果发表在12月17日的《物理评论》上。

自旋电子学是一种电子类型的电子,它利用电子的自旋(磁矩可以具有“上”或“下”的值)来传输信号。二维碳材料石墨烯中的自旋传输极好;但是,旋转操作不是。这需要添加铁磁体(用于自旋注入和检测)或具有高自旋轨道耦合的重原子材料,从而可以控制自旋。

非线性的

格罗宁根大学的科学家现在表明,使用二维氮化硼可以实现特定于电子自旋的非线性效应。以前,他们已经表明,通过氮化硼双层注入电流并施加较小的DC偏置电流会导致非常高的自旋极化,这意味着自旋向上和向下旋转的次数之间存在很大差异。旋转电子。他们现在表明,极化的增加可以归因于影响电子自旋的非线性过程。

非线性意味着两个自旋信号相乘而不是相加(这将是线性效应)。此外,在非线性状态下,无需使用铁磁体即可测量自旋信号。早些时候,在典型的石墨烯自旋电子器件中,所有这些作用要么不存在,要么非常微弱。格罗宁根大学前博士后研究员,该论文的第一作者,悉达多·奥马尔(Siddhartha Omar)表示:“所有这些都是由于这种非线性效应,它随偏置电流成比例增加。” 极化率甚至可以达到100%。由于它是非线性的,因此在注入该电流时,您在注入过程中付出的更少,得到更多。

神经形态

在这项研究中,格罗宁根大学泽尼克先进材料研究所纳米器件物理小组的Omar和他的同事们展示了非线性效应在基本模拟操作中的应用,例如纯自旋信号上幅度调制的基本要素。``我们相信这可以用于在更大的距离上传输旋转。更大的自旋信号也使自旋电荷转换更加容易,这意味着我们不再需要铁磁体来检测它们。

调制自旋信号而不只是打开或关闭自旋信号的能力,还使构建自旋电子器件变得更加容易。奥马尔:“它们可以用于基于自旋的神经形态计算中,该计算使用的开关可以具有一定范围的值,而不仅仅是0或1。” 创建自旋电流放大器似乎也是有可能的,该放大器可以在较小的偏置电压下产生较大的自旋电流。奥马尔说:“它可能已经存在了,但我们仍然必须证明这一点。”

自旋电子学

所有这些影响都是在低温和室温下进行测量的,可用于高级自旋电子学领域的非线性电路元件等应用中。'自从第一批晶体管问世以来,Spintronics便处在常规电子产品的时代。我们现在可以制造出真正的自旋电子设备了,”奥马尔总结道。

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