以電場控制自旋電流已成真
- 上線日期：2010/1/28 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
由法、德與英國物理學家組成的團隊宣稱首度利用通過絕緣體的電場來控制自旋電流(spin current)的極化(polarization)。這項技術所需的能量遠低於先前採用的自旋翻轉法，因此將有助於自旋電子元件與更小、效率更高的電子元件的開發。
自旋電子學同時利用電子的自旋與電荷，是相當新的研究領域。自旋可以在「上」(up)或「下」(down)兩種狀態，自旋電子元件利用此性質來儲存與處理資料。相較於只依賴電流切換的傳統電子電路，自旋電路會更小且效率更高，因為在理論上將一個自旋從「上」翻轉到「下」只需很少能量。
然而要讓這類電路實用化，科學家必須找出利用外加電場而非磁場來翻轉自旋的方法，原因是產生磁場需要很大的空間與能量。物理學家已經成功的驅動大電流通過磁性半導體來控制自旋，但是這種作法仍需相當大的能量。
最近，由Agnès Barthélemy領導的研究團隊證明，可以只用電的方式來控制由鐵電與鐵磁耦合成的複合材料。鐵電材料內部含有相當小的電極化區塊，類似磁鐵內具有磁區。這個新結果相當另人振奮，因為它展示了一種新型的磁電耦合，有別於一般複合材料中存在的磁電耦合。
研究人員以鐵與龐磁阻氧化物(LSMO)製成的兩個鐵磁電極，包夾厚僅1 nm的BaTiO3鐵電層，製作出微小的隧穿結(tunnel junction)。該小組在數月前已證實這種鐵磁穿隧位壘能在室溫下產生極大的電阻效應(Nature 460, 81)，這回他們對BaTiO3隧穿位壘外加約1 V的脈衝電壓，將其鐵電極化方向轉為上或下，然後測量它的隧穿磁阻(tunnel magnetoresistance, TMR)。
研究人員發現TMR與鐵電極化有關，並表現在隧穿電流的自旋極化改變。所有自旋電子效應都仰賴電流的自旋極化，而利用電場來控制自旋極化開啟了只用電來控制自旋電子元件的可能性。這項研究也強調了鐵電材料在界面上的交互作用，或許可因此衍生出利用巨大界面現象的新世代人造材料。詳見Science | DOI: 10.1126/science.1184028。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41423
譯者:孫士傑(高雄大學應用物理系)
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