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自旋热电子研究获进展

  中国科学院大学的硕士生喻小琴和教授朱振刚、苏刚以及丹麦技术大学教授A. P. Jauho日前提出,在二维非磁半导体中,利用自旋能斯特效应可产生由温度梯度驱动的纯自旋流,并设计了一个H形器件,不仅能用来检测预言的新效应,也可作为二维热电池的原型器件。研究结果日前发表于《物理评论快报》。

  据介绍,电子不仅具有电荷,同时具有自旋自由度。传统半导体器件利用电场对电子的电荷自由度进行调控,产生高阻态和低阻态,构成计算机芯片中二进制运算的1和0态。目前电子器件的尺寸小到十几个纳米,基本接近其工作的物理极限。在此背景下,科学家提出:可利用电子的自旋自由度实现信息的存取与处理,实现更高密度且不易丢失的信息储存,由此诞生了自旋电子学。

  最近几年,在考虑温度梯度的基础上,人们又发展出了自旋热电子学,探索热与电子自旋及电荷相互作用的规律及其应用。目前自旋热电子学研究主要集中在自旋塞贝克效应。科学家最初的研究是在铁磁金属坡莫合金中,由于自旋发生劈裂,温度梯度驱动下,在材料内产生自旋电压。随后,研究拓展到铁磁绝缘体和磁性半导体,提出了纵向和横向自旋塞贝克效应。在这些效应中,磁性金属都是必不可少的元素。

  专家认为,国科大此项研究提出了一种产生纯自旋流的新方案,是自旋热电子学领域的重要进展,所提器件原型具有诸多优点,可能带来实际的应用,也为器件废热的再利用提供了新思路。