YIG/Cr2O3/Pt三層器件的法向外旋塞貝克裝置示意圖
日本東北大學的研究人員發現了一種可實現自旋電流可控的開關。它是利用完全自旋裝置進行信息處理所需的一種裝置。這一點至關重要。因為雖然檢測和產生自旋電流的技術已有相當長的一段時間，但自旋電子學有史以來長期缺失的部分是「自旋電流開關」。這就好比電子設備中，對電流進行開、關控制的晶體管。自旋電子學是納米級電子學的一個新興領域。它不僅利用了電子電荷的相關知識，還利用了電子自旋的一些理論。該技術不需要專門的半導體材料，因此製造成本大大降低。其他優勢還包括更少的能源需求、低功耗、具有較強競爭力的數據傳輸能力和較大的存儲容量。它已被用於各種信息處理設備、存儲器和內存設備—尤其是應用在超高密度硬碟驅動器和非易失性存儲器。材料具有內置機制以實現自旋電流的電檢測，比如說逆自旋霍爾效（ISHE）。利用逆自旋霍爾效應，由微波（自旋泵浦）和熱量（自旋塞貝克效應）等其他形式能量產生的自旋電流，被轉換為材料中的電壓。
該研究中使用的YIG / Cr2O3 / Pt三層器件的橫截面TEM圖像（比例尺：5nm），每層材料的結構均為純晶體
目前，Zhiyong Qiu，Dazhi Hou和Eiji Saitoh以及東北大學和美因茨大學的合作者們都已證明：新研發出材料的層狀結構可應用於旋轉電流開關。利用該結構，他們能在接近室溫下實現自旋電流傳輸能力500%的增長。在該三層結構中，Cr2O3置於YIG和Pt之間。YIG/Pt是用於研究自旋電流流動的標準材料組合。它們二者都是電子所不能通過的絕緣體。YIG（一種亞鐵磁電絕緣體）產生自旋電流以響應RF微波或溫度梯度；Pt（一種順磁性金屬）通過利用逆自旋霍爾效應，可以像電壓一樣對自旋電流進行檢測。通過在YIG和Pt之間放置Cr2O3，Pt處的電壓信號可反映Cr2O3層傳輸自旋電流值的大小。研究人員還對電壓隨溫度和施加磁場的變化進行了詳細檢測。助理教授Dazhi Hou說道，「我們觀察到，當溫度超過300K時，電壓信號將大幅降低。此時Cr2O3從順磁轉變為反鐵磁（Neel點）。」在施加磁場時，自旋電流傳輸值增加了近500％。該現象表明：分層結構在電流通過Cr2O3Neel點或對其施加磁場時，該結構可作為自旋電流開關工作。Eiji Saitoh教授說道：「正如晶體管通過電子器件的可擴展發展改變電子產品一樣，自旋電流開關的發現很可能會將自旋電子學推向另一個新的方向。該發現意義深遠。」
原文來自：phys，原文題目：A switch to control the spin current，由材料科技在線團隊翻譯整理。
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