一種具有巨大角磁阻的新型拓?fù)浯朋w

雖然眾所周知電子既攜帶電荷又?jǐn)y帶自旋，但現(xiàn)代電子設(shè)備中只有電荷部分被用作信息載體。然而，現(xiàn)代電子學(xué)的局限性和摩爾定律即將終結(jié)，重新點(diǎn)燃了人們對(duì)開發(fā)能夠利用電子自旋的“自旋電子學(xué)”設(shè)備的興趣。預(yù)計(jì)自旋電子計(jì)算設(shè)備的廣泛采用可以徹底改變類似于電子發(fā)明的信息技術(shù)。

自旋電子學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是找到一種有效且靈敏的方法來電檢測(cè)電子自旋態(tài)。例如，在 1980 年代后期發(fā)現(xiàn)的巨磁阻 (GMR) 允許實(shí)現(xiàn)此類功能。在 GMR 中，根據(jù)鐵磁雙層的平行或反平行自旋配置，在磁場(chǎng)下電阻會(huì)發(fā)生很大變化。GMR的發(fā)現(xiàn)帶動(dòng)了硬盤驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，這是技術(shù)上第一個(gè)量產(chǎn)的自旋電子器件。從那時(shí)起，其他相關(guān)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，包括在磁場(chǎng)存在下發(fā)生的巨磁阻 (CMR)，促進(jìn)了我們對(duì)自旋和電荷自由度之間相互作用的理解，并為新興的自旋電子應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

在最新一期的《自然》雜志上，由韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)人工低維電子系統(tǒng)中心的 KIM Jun Sung 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組( POSTECH，韓國(guó))在磁性半導(dǎo)體 Mn3Si2Te6 中發(fā)現(xiàn)了一種新的磁傳輸現(xiàn)象。該小組發(fā)現(xiàn)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，電阻變化的幅度可以達(dá)到十億倍。這種取決于磁場(chǎng)角度的前所未有的電阻變化被稱為巨角磁阻 (CAMR)。“與之前的磁傳輸現(xiàn)象不同，僅通過旋轉(zhuǎn)自旋方向而不改變它們的配置，就會(huì)引起電阻的巨大變化。

拓?fù)洳牧鲜且活愋掳l(fā)現(xiàn)的材料，在自旋電子應(yīng)用中變得越來越重要。拓?fù)洳牧鲜侵钙潆娮咏Y(jié)構(gòu)被描述為“扭曲”的材料。正如莫比烏斯帶不能在不從根本上改變其形式的情況下解開一樣，除非系統(tǒng)的對(duì)稱性發(fā)生變化，否則拓?fù)洳牧现械呐で娮咏Y(jié)構(gòu)將被保留。這種受拓?fù)浔Ｗo(hù)的狀態(tài)可用于托管和控制自旋信息。隨著拓?fù)洳牧系淖钚掳l(fā)展，磁性和拓?fù)潆娮討B(tài)共存的拓?fù)浯朋w得到了深入研究。這些拓?fù)浯朋w具有廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樗鼈兊碾娮咏Y(jié)構(gòu)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，但可以通過調(diào)節(jié)自旋配置或方向來改變。這種新型材料為耦合自旋和電荷自由度提供了新的機(jī)會(huì)，這對(duì)于自旋電子應(yīng)用非常有用。

2018年，研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了在Nature Materials中發(fā)現(xiàn)了一種鐵磁半金屬Fe3GeTe2。發(fā)現(xiàn)這種材料具有獨(dú)特的節(jié)點(diǎn)線形帶交叉點(diǎn)，因此被歸類為拓?fù)浯朋w。這種拓?fù)浯朋w的一個(gè)獨(dú)特性質(zhì)是可以根據(jù)自旋方向在節(jié)點(diǎn)線狀態(tài)中解除簡(jiǎn)并性。擴(kuò)展這個(gè)想法，研究團(tuán)隊(duì)專注于磁性半導(dǎo)體，它們?cè)趯?dǎo)帶或價(jià)帶中具有拓?fù)涔?jié)點(diǎn)線狀態(tài)。同樣，節(jié)點(diǎn)線態(tài)的能帶簡(jiǎn)并性對(duì)自旋方向很敏感，但在磁性半導(dǎo)體中，受自旋旋轉(zhuǎn)控制的能帶簡(jiǎn)并性的提升可以將系統(tǒng)變成半導(dǎo)體或金屬。因此，可以通過自旋旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉充電電流，

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