現(xiàn)在的生活離不開手機，手機發(fā)熱怎么辦?現(xiàn)代計算機存儲器通過切換設備內(nèi)的磁性位來編碼信息?，F(xiàn)在，新加坡國立大學電氣與計算機工程系的研究人員進行了一項開創(chuàng)性研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的有效方式，可以利用“自旋波”在室溫下切換磁化強度，從而實現(xiàn)更節(jié)能的自旋記憶和邏輯設備。

    傳統(tǒng)的電子芯片遭受大量的“焦耳熱”，這是由于產(chǎn)生高溫的電流的流動而發(fā)生的。這是由設備內(nèi)部移動電荷之間的快速運動和頻繁碰撞引起的。這個嚴重的問題不僅會導致大量的功耗，而且會影響芯片的處理速度，并限制了可集成到設備中的芯片數(shù)量。

    “使用電話，計算機和其他電子設備時，我們經(jīng)常會遇到此類問題和不便。我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這些設備變得'熱'和'慢'，而且，我們需要經(jīng)常給它們充電，并且必須帶另一個便攜式充電器有時”，該研究小組負責人Yang Hyunsoo教授解釋說。因此，Yang教授的團隊沒有采用傳統(tǒng)電子學中使用的標準電子注入方法，而是創(chuàng)造性地使用“自旋波”來切換磁化強度。自旋波是磁性材料順序中的傳播干擾，從準粒子的角度來看，自旋波被稱為“磁振子”。

    該團隊構(gòu)建了一個雙層系統(tǒng)，該系統(tǒng)由反鐵磁磁振子傳輸通道和拓撲絕緣體自旋源組成。他們是全球首創(chuàng)，然后在室溫下以高效率成功地證明了在相鄰鐵磁層中自旋波驅(qū)動的磁化切換。基于自旋波的新開關(guān)方案可以避免電荷移動。因此，器件的焦耳熱和功耗將大大降低。基于自旋波的開關(guān)技術(shù)的進步可以為節(jié)能芯片開辟一條新途徑。

    研究結(jié)果于2019年11月29日發(fā)表在《科學》雜志上。

    自旋波和磁振轉(zhuǎn)矩

    這項工作的第一作者王毅博士解釋說：“即使在絕緣體中，自旋波(磁振子)也可以傳遞自旋信息，而不會涉及移動電荷。與電子自旋相比，這種獨特的特性可能允許更長的自旋傳播，但耗散性更低?！?/p>

    王博士說：“如果我們將自旋信息從磁振子傳遞到局部磁化，那么我們就可以控制磁化，這可以理解為'磁振轉(zhuǎn)矩'。”就像線性力是推動或拉動一樣，扭矩也可以認為是對物體的扭曲。他補充說：“因此，這種操縱磁化的新方法可以用于將來的數(shù)據(jù)存儲器和邏輯設備?！?/p>

    潛在的應用和下一步

    “我們的工作首先表明，馬農(nóng)轉(zhuǎn)矩足以在室溫下切換磁化強度。甚至馬農(nóng)轉(zhuǎn)矩的效率也可以與先前追求的電自旋轉(zhuǎn)矩效率相媲美。我們認為，可以通過工程設備進一步提高它，從而磁振轉(zhuǎn)矩將更加節(jié)能?！睏罱淌谡f。

    “我們知道，電氣自旋扭矩已經(jīng)為自旋電子設備應用(例如磁性隨機存取存儲器(MRAM))打開了時代。我們相信，有關(guān)用于磁化切換的新的磁振扭矩方案的報告在自旋電子學中改變了游戲規(guī)則。 “不僅振興了馬格尼克學的新研究領(lǐng)域，而且還振興了馬格尼克人操作的實用設備?！蓖醪┦空f。

    接下來，研究團隊將進一步設計磁振轉(zhuǎn)矩的效率，并探索所有不涉及電氣部件的磁振裝置。另外，自旋波的工作頻率在太赫茲范圍內(nèi)。太赫茲設備可以以比目前更高的速度傳輸數(shù)據(jù)。楊教授說：“因此，基于馬格諾轉(zhuǎn)矩的設備將允許將來實現(xiàn)超高速應用?！币陨暇褪鞘謾C發(fā)熱的一些就解決辦法，相信會對大家有所幫助。