報告揭示了低功率器件材料候選者自旋動力學的新見解

計算機通過穿過微小電路和電線的電流處理和傳輸數(shù)據(jù)。由于這些電流遇到電阻，它們產(chǎn)生的熱量會破壞這些設備的效率甚至安全性。

為了最大限度地減少熱量損失并優(yōu)化低功耗技術的性能，研究人員正在探索其他方法來處理可能更節(jié)能的信息。能源部(DOE)阿貢實驗室研究人員正在探索的一種方法涉及操縱電子的磁自旋，這是一個稱為自旋電子學的科學領域。

“在自旋電子學中，你可以將信息視為指向一個方向的磁鐵，另一個磁鐵指向相反的方向，”阿貢材料科學家阿克塞爾霍夫曼說。“我們對如何在應用中使用磁激發(fā)感興趣，因為以這種方式處理信息比通過電荷傳輸信息所消耗的能量更少。”

在納米快報發(fā)表的一份報告中，霍夫曼和其他研究人員揭示了磁絕緣子特性的新見解，這是低功率器件應用的候選者; 他們的見解形成了早期的踩踏石頭，用于開發(fā)使用電子自旋而不是充電來傳輸信息的高速，低功耗電子設備。

他們研究的材料是釔鐵石榴石(YIG)，它是一種磁性絕緣體，能夠有效地產(chǎn)生和傳遞自旋電流并消耗很少的能量。由于其低功耗，YIG已被用于微波和雷達技術，但最近發(fā)現(xiàn)的與YIG相關的自旋電子效應促使研究人員探索潛在的自旋電子應用。

在他們的報告中，Argonne研究人員描述了當材料暴露于電流時與YIG的小規(guī)模樣品相關的自旋動力學。

“這是第一次讓任何人測量這樣小的樣本大小的旋轉動力學，”Argonne博士后任命和該報告的第一作者Benjamin Jungfleisch說。“了解小尺寸的行為至關重要，因為這些材料需要很小，才有可能成功地集成到低功耗設備中。”

研究人員使用電子束光刻技術將YIG樣品連接到鉑納米線上，形成了微米級的YIG /鉑結構。然后，他們通過鉑金發(fā)送電流來激發(fā)YIG并驅動自旋動力學。然后，他們進行電氣測量以表征磁化動力學，并通過縮小YIG來測量這些動態(tài)變化的方式。

霍夫曼說：“當材料縮小時，它們可以以不同的方式表現(xiàn)，這可能會成為識別和實現(xiàn)潛在新應用的障礙。” “我們觀察到的是，雖然當YIG變小時會有一些小細節(jié)發(fā)生變化，但似乎沒有一個根本障礙阻止我們使用我們用于小型電子設備的物理方法。”