自旋電子器件是利用電子的固有自旋來存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的新興技術(shù)。這些技術(shù)有可能在速度和能源效率方面超越傳統(tǒng)電子產(chǎn)品。

北京大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)其他研究所的一組研究人員最近引入了一種方法，可能有助于提高自旋電子器件的效率。他們的策略在發(fā)表在Nature Electronics上的一篇論文中概述，需要對(duì)磁性Weyl半金屬中的磁性進(jìn)行調(diào)制，這反過來可以移動(dòng)疇壁，即鐵磁材料中磁化方向改變的區(qū)域。

“自旋電子器件的效率可以通過以較低的工作電流產(chǎn)生更高的有效磁場(chǎng)來提高，”Quiyuan Wang和他的同事在他們的論文中寫道。“自旋傳遞扭矩可以在由單一材料組成的器件中驅(qū)動(dòng)磁疇壁運(yùn)動(dòng)，但通常需要高閾值電流密度來移動(dòng)疇壁，并且很難改善普通流動(dòng)鐵磁體中的有效磁場(chǎng)。

Wang和他的同事們基本上設(shè)計(jì)了一種調(diào)制Co磁性的方法。3錫2S2，一種磁性外爾半金屬。磁性外爾半金屬是承載外來準(zhǔn)粒子的材料，稱為外爾費(fèi)米子。這些結(jié)晶固體有時(shí)被提議作為開發(fā)自旋電子器件的潛在候選材料。

研究人員提出的策略具體涉及所謂的疇壁通過一種稱為自旋 - 傳遞 - 扭矩的現(xiàn)象移動(dòng)，這種現(xiàn)象發(fā)生在鐵磁材料中。在自旋電子學(xué)研究中，自旋傳遞扭矩用于操縱材料的磁化，使設(shè)備能夠更有效地存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。

為了測(cè)試他們方法的有效性，該團(tuán)隊(duì)收集了一系列測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行了幾次模擬。他們的發(fā)現(xiàn)非常有希望，突出了磁性Weyl半金屬在創(chuàng)造新的自旋電子器件方面的巨大潛力。

“我們使用異?；魻栯娮铚y(cè)量和域壁運(yùn)動(dòng)使用異常霍爾電阻測(cè)量來檢查直流電流對(duì)磁反轉(zhuǎn)的影響，”王和他的同事在他們的論文中寫道。“在160 K時(shí)，驅(qū)動(dòng)域壁運(yùn)動(dòng)的閾值電流密度小于5.1×105一厘米−2外部磁場(chǎng)為零且小于 1.5 × 105一厘米−2在中等外部磁場(chǎng) (0.2 kOe) 下。自旋傳遞扭矩有效場(chǎng)可高達(dá)2.4–5.6 kOe MA−1厘米2在 150 K。

通過自旋-傳遞-轉(zhuǎn)矩輔助疇壁傳播，Wang和他的同事能夠調(diào)節(jié)Co中的磁化反轉(zhuǎn)過程。3錫2S2低電流密度下的納米片。進(jìn)一步分析表明，Co3錫2S2特別有利于實(shí)現(xiàn)域壁的運(yùn)動(dòng)。

雖然研究人員的研究重點(diǎn)是Co3錫2S2，同樣的方法也可用于移動(dòng)其他磁性Weyl半金屬中的疇壁，從而有可能實(shí)現(xiàn)更高的器件效率。因此，在未來，他們的工作可以為基于這些有前途的材料創(chuàng)建一套新的更節(jié)能的自旋電子器件鋪平道路。

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