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导读近日,日本东京工业大学的科学家们提出了新型准一维材料,用于潜在的自旋电子学应用。他们展开模拟以演示这些材料的自旋特性,并解释了这些行为背后的机制。背景电子具有两个关键属性:电荷与自旋。电荷这一属性,许多朋友都不会陌生。在中学物理中,我们就学过:电荷的定向移动形成电流。传统的计算机正是利用电流来传输和处理数据信息的。可是,电流也为传统计算机与电子器件带来了一些瓶颈,主要有两个方面:耗费大量电力、产生大量热量。此外,随着后摩尔时代的到来,电子器件的性能正逼近其物理极限。自旋这一属性,却没有受到足够重视。直到1925年,G.E.乌伦贝克和S.A.古兹密特受泡利不相容原理启发,分析原子光谱的一些实验结果,提出电子具有自旋属性,以及与电子自旋相联系的自旋磁矩。从此,人们开始认识并逐步开始研究电子的自旋属性。自旋,是电子与生俱来的量子物理特性。它可以被理解为一种角动量,要么“向上”,要么“向下”。它赋予电子磁矩,这种磁矩可以用于传输或存储信息。自旋电子材料可通过“向上”或“向下”的电子自旋方向(就像条形磁铁的南北极一样)将二进制数据记录于材料中。(图片来源:参考资料【3】)与传统电子器件相比,自旋电子器件产生的热量很少,使用的电量也非常少。自旋电子计算机,在内存中保存数据所需的能量几乎为零。自旋电子计算机也可以瞬间启动,其潜力比现代电子计算机要大许多倍。通过利用“电子自旋”,电子器件的性能将得到提高,此外还将带来许多新应用。世界各国的科学家们已经在利用某些”特殊材料“研究自旋电子特性,制造出相应的自旋电子逻辑与存储器件。笔者之前也介绍过一些相关的案例,例如:(一)美国加州大学河滨分校工程师们报告了一种在简单的两层三明治般的硅和镍铁导磁合金(Permalloy)中,检测自旋电流的高效技术。(图片来源:加州大学河滨分校)(二)美国德克萨斯大学达拉斯分校科学家设计出一种新型计算机器件:全碳自旋逻辑器件。它完全由碳构成,采用了自旋电子学原理。尺寸比硅晶体管更小,性能却更佳,未来有望取代硅晶体管。