自旋波可以傳送電訊號
- 上線日期：2010/3/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
日本物理學家首度透過絕緣體中的自旋波(spin wave)，將一個電訊號傳送到1 mm之外。這個技術是將電流轉換成自旋訊號，然後再轉回成電流，可望應用在同時利用電子電荷與自旋的自旋電子元件(spintronics)上。這類元件由於尺寸可以比傳統電路小且更節能，因此倍受矚目。
自旋電子元件進步的障礙之一，是很難在導體中將自旋極化電子傳送超過一個微米的距離。而自旋在磁性絕緣體中集體振盪形成的自旋波，則可以在一些材料中傳遞數毫米甚至數公分遠而幾無耗損。
有鑑於此，Eiji Saitoh與東北(Tohoku)大學、慶應(Keio)大學及FDK公司的研究伙伴以一個厚1.3 μm的長條型磁性絕緣體Y3Fe5O12為基礎，在兩端沉積15 nm厚的鉑電極，兩電極間為1 mm寬的Y3Fe5O12。
他們讓電流通過其中一個電極，使自旋上的電子聚集在鉑與Y3Fe5O12的接面處，而自旋下的電子則聚集在鉑的另一側表面，此即自旋霍爾效應(spin-Hall effect)的表現。
雖然鉑中的電子不會流入絕緣體，但它們可以對界面附近的Y3Fe5O12自旋施加一力矩。這些靜止的自旋再對周遭的自施加力矩，如此持續下去，以自旋波的形式傳遞通過絕緣體。當波到達另外一端的鉑電極時，過程正好顛倒過來─自旋波將自旋傳過界面，製造多餘的自旋向上電子，進而產生了一個自旋霍爾電壓，驅使第二個電極的電子流動。
雖然目前的元件並未從外部輸入自旋電流，也沒有輸出自旋電流，但Saitoh說這個原理可以用來製作具有這兩個功能的元件，用來產生自旋電，或將自旋電流輸送到一段距離外。Saitoh也認為此元件可以用來產生「自旋接線」(spin wiring)，有昭一日取代傳統積體電路中的導線。由於自旋波的頻率振盪為GHz，這個元件還可以當成微波源。目前該團隊正嘗試不同材料的組合以達到最佳化的設計。詳見Nature 464, p.262 (2010)。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/41964
譯者:孫士傑(高雄大學應用物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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