由德國與日本的研究人員組成的跨國研究小組利用在兩種絕緣氧化物介面間產生二維(2D)電子氣體(2DEG)的方式,展示室溫下的自旋電子傳輸作用。

雖然現代電腦技術是以半導體中的電荷傳輸為基礎,另一種可能讓電子元件超越目前微型化限制的替代方案是採用電子的自旋取代其電荷,以進行資訊傳輸。由於自旋電子可利用電子的自旋與電荷,從而提升資訊密度與元件功能,使其成為熱門的討論主題。

德國慕尼黑工業大學(TUM)、Walther-Meißner-Institute(WMI)聯手日本京都大學(Kyoto University)的研究顯示,採用一種新穎的材料系統,可在室溫下傳輸自旋電子資訊。

跨國的研究人員們在《自然》(Nature)期刊中發表主題為「以LaAlO3/SrTiO3介面實現室溫下d電子自旋傳輸」(Strong evidence for d-electron spin transport at room temperature at a LaAlO3/SrTiO3 interface)的研究論文,證實可在鋁酸鑭(LaAlO3)和鈦酸鍶(SrTiO3)材料之間的邊界層生產、傳輸並檢測自旋電子。讓這種材料系統如此獨特的原因在於兩種非導電材料之間介面處形成的極薄導電層:即一種謂的2D電子氣體。

跨國研究小組指出,這種2D電子氣體傳輸不僅發生在電荷,而且還能實現自旋電子。

慕尼黑工業大學教授Hans Hübl表示,「為了實現這一目標,我們首先必須克服一些技術障礙。其中兩個關鍵的問題是:如何將自旋電子轉移到2D電子氣體,以及如何證實這一傳輸過程?」

研究人員們首先利用磁性接觸,解決了自旋轉移的問題。透過微波輻射迫使電子進入進動(precession)運動,類似於頂部的搖擺動作。而就像在頂部一樣,這種在2D電子氣體中的自旋運動運動並不會永遠持續,而是隨時間進展而減弱。

接著,電子氣體將自旋資訊傳送到位於觸點旁約一微米處的非磁性觸點。這種非磁性觸點透過吸收自旋來檢測自旋傳輸,並在此過程中建立電位。測量這種電位讓研究人員能有系統地研究自旋電子的運輸,並展現橋接距離較現有電晶體距離更遠100倍的可行性。

基於這些研究成果,研究人員現正進一步探索使用這種材料系統能讓自旋電子元件發揮創新功能的程度。該研究由德國研究基金會(DFG)贊助。

編譯:Susan Hong

(參考原文:New materials enable spintronics at room temperature,by Julien Happich)