隨著我們的設(shè)備變得更小、更快、更節(jié)能，并且能夠容納更多的數(shù)據(jù)，自旋電子學(xué)可能會(huì)幫助延續(xù)這一趨勢(shì)。電子學(xué)是基于電子流的，而自旋電子學(xué)是基于電子的自旋。

電子具有自旋自由度，這意味著它不僅持有電荷，而且變現(xiàn)得像一塊小磁鐵。在自旋電子學(xué)中，一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)就是使用電場(chǎng)來(lái)控制電子自旋，并在任何給定方向上轉(zhuǎn)換磁鐵的北極。

自旋電子場(chǎng)效應(yīng)晶體管利用了所謂的Rashba或Dresselhaus自旋-軌道耦合效應(yīng)，這表明可以通過(guò)電場(chǎng)控制電子自旋。雖然該方法有望實(shí)現(xiàn)高效和高速計(jì)算，但在該技術(shù)真正發(fā)揮其效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)微型化但仍功能強(qiáng)大，并具環(huán)保性之前，仍然必須克服某些挑戰(zhàn)。

幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖利用電場(chǎng)來(lái)控制室溫下的自旋，但實(shí)現(xiàn)有效控制一直是未能達(dá)成。最近倫斯勒理工學(xué)院（Rensselaer Polytechnic Institute）的Jian Shi和Ravishankar Sundararaman以及加州大學(xué)圣克魯斯分校（University of California at Santa Cruz）的Yuan Ping領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在解決上述問(wèn)題方面邁出了一步。

材料科學(xué)與工程副教授Shi博士表示：“大家都希望Rashba或Dresselhaus磁場(chǎng)足夠大，以使電子快速旋轉(zhuǎn)。如果磁場(chǎng)較弱，電子自旋會(huì)緩慢前進(jìn)，并且需要花費(fèi)太多時(shí)間來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉自旋晶體管。然而，如果內(nèi)部磁場(chǎng)布置不好，通常會(huì)導(dǎo)致電子自旋控制不佳。”

該團(tuán)隊(duì)展示了，具有獨(dú)特晶體對(duì)稱性和強(qiáng)自旋-軌道耦合的鐵電范德華層狀鈣鈦礦晶體是一種很有希望的模型材料，用于實(shí)現(xiàn)室溫下的Rashba-Dresselhaus自旋物理。其非易失性和可重構(gòu)的自旋相關(guān)室溫光電特性可能激發(fā)一些重要設(shè)計(jì)原則的開(kāi)發(fā)，以制造出室溫自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

材料科學(xué)與工程副教授Sundararaman博士表示，模擬結(jié)果表明，這種材料可帶來(lái)令人興奮的結(jié)果。他表示：“材料內(nèi)部磁場(chǎng)同時(shí)很大，并且在一個(gè)方向上完全分布，這使得自旋可以按預(yù)期、完美地旋轉(zhuǎn)。這是使用自旋進(jìn)行可靠傳輸信息的關(guān)鍵要求?！?/p>

Shi博士總結(jié)道：“這是向讓自旋晶體管實(shí)際面世邁出的重要一步?！?/p>