【新華社】中國學(xué)者揭秘自旋電子器件節(jié)能新機制?
中國學(xué)者揭示了一項可顯著降低自旋電子器件能耗的物理機制。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，利用電子“軌道”屬性遵循的非傳統(tǒng)標(biāo)度律，能化電子運動阻力為性能增益。相關(guān)研究成果于北京時間8月15日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-材料學(xué)》。
記者獲悉，該研究成果為突破傳統(tǒng)自旋電子學(xué)的性能瓶頸、設(shè)計超低功耗器件提供了全新的物理原理和設(shè)計思路。
寧波材料所研究員汪志明介紹，隨著人工智能與大數(shù)據(jù)的發(fā)展，傳統(tǒng)電子技術(shù)正逼近性能極限，“功耗墻”成為制約技術(shù)發(fā)展的瓶頸。為此，科學(xué)家們將目光投向了自旋電子學(xué)這一前沿領(lǐng)域。新一代自旋電子器件在理論上具備了高速、非易失等優(yōu)勢，并被視為突破“功耗墻”的潛力技術(shù)。
然而，影響自旋電子器件“自旋流”產(chǎn)生效率的兩個關(guān)鍵指標(biāo)，即自旋霍爾角和自旋霍爾電導(dǎo)相互制約，傳統(tǒng)方法難以同時優(yōu)化，導(dǎo)致器件總體寫入功耗過高。寧波材料所團(tuán)隊取得關(guān)鍵突破，將目光轉(zhuǎn)向了電子的另一屬性——軌道。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子在材料中運動時，過去被認(rèn)為是純粹“絆腳石”的晶體缺陷，在與電子的軌道角動量相互作用時，反而起到了“加油站”的作用。引入的缺陷越多，電子散射越頻繁，最終探測到的軌道效應(yīng)反而越強。這揭示了一種全新的“反常標(biāo)度律”，從實驗上證實了電子“軌道”在輸運過程中，遵循著與“自旋”截然不同的獨特物理規(guī)律。
利用“散射增強軌道流”這一反常物理效應(yīng)（左圖），實現(xiàn)自旋電子器件功耗的大幅降低（右圖）。（中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所供圖）
該研究結(jié)果表明，利用“反常標(biāo)度律”，通過主動引入缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道霍爾角和軌道霍爾電導(dǎo)的同時增大，從而一舉突破傳統(tǒng)方法的限制，顯著降低器件的寫入電流和功耗。這一發(fā)現(xiàn)不僅為高效的軌道電子學(xué)器件提供了新的物理基礎(chǔ)，也為整個自旋電子學(xué)領(lǐng)域帶來了全新的設(shè)計思路。（記者唐弢、鄭可意）
（原文發(fā)布于2025年8月15日新華社客戶端）
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學(xué)習(xí)強國【報道鏈接】：https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=13807375680421656859&item_id=13807375680421656859&study_style_id=feeds_opaque&pid=&ptype=-1&source=share&share_to=wx_single
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