王譯在《科學(xué)》上發(fā)表自旋電子學(xué)領(lǐng)域突破性工作

發(fā)布者：眺望科技                     發(fā)布日期：2019-12-12

11月29日，大連理工大學(xué)物理學(xué)院、三束材料改性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王譯教授與新加坡國立大學(xué)Hyunsoo Yang教授，在 《科學(xué)》上發(fā)表重要論文：利用自旋波翻轉(zhuǎn)磁矩實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與邏輯運(yùn)算，英文名稱為Magnetization switching by magnon-mediated spin torque through an antiferromagnetic insulator.

 

遵循摩爾定律飛速發(fā)展的現(xiàn)代電子器件尺寸越來越小，芯片因電荷高速運(yùn)動(dòng)和頻繁碰撞引發(fā)嚴(yán)重發(fā)熱，不但造成高能耗，同時(shí)限制處理速度與集成密度的提高，成為阻礙當(dāng)前器件發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重問題。在日常生活中，我們都能切身體會(huì)到電子產(chǎn)品耗電、發(fā)熱而帶來的嚴(yán)重不便。

 

聚焦上述關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，王譯與Hyunsoo Yang創(chuàng)新性提出利用自旋波（準(zhǔn)粒子：磁振子）來驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)芯片“0”和“1”的信息存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算，這完全不同于以往通過有熱耗散的電子自旋注入的傳統(tǒng)技術(shù)。自旋波不局限于電子導(dǎo)體，可以以“波”的方式在多種介質(zhì)中無熱耗散、低阻尼、長距離傳播自旋信息，重要的是該過程不需要導(dǎo)電電荷參與，因此這種新機(jī)制可以從根本上突破傳統(tǒng)芯片發(fā)熱、耗電等瓶頸。

 

研究人員設(shè)計(jì)了異質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)，以反鐵磁絕緣體NiO作為磁振子高效傳輸通道，拓?fù)浣^緣體Bi2Se3作為高強(qiáng)度磁振子產(chǎn)生源，開創(chuàng)性利用磁振子轉(zhuǎn)矩效應(yīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)廣泛應(yīng)用的NiFe和CoFeB鐵磁薄膜自旋磁矩180°翻轉(zhuǎn)。器件在室溫下運(yùn)行，磁振子轉(zhuǎn)矩效應(yīng)顯著，通過進(jìn)一步調(diào)控器件，磁振子轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度有望進(jìn)一步增強(qiáng)。

 

本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作證實(shí)了自旋波可有效翻轉(zhuǎn)自旋磁矩，開辟了實(shí)現(xiàn)低功耗、高速度信息存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算芯片的新途徑，為發(fā)展磁振子學(xué)新研究方向，激發(fā)磁振子器件廣泛探索，促進(jìn)后摩爾時(shí)代器件革新具有深遠(yuǎn)意義。

 

   

 

相關(guān)論文信息：https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1125