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2019年11月29日，大連理(li)工(gong)大學(xue)物理(li)學(xue)院、三束(shu)材(cai)料改性教育部重(zhong)點實(shi)驗室王譯教授與新加坡國立大學(xue)Hyunsoo Yang教授，在世界頂級期刊Science (《科學(xue)》)上發表重(zhong)要(yao)工(gong)作：利用自(zi)旋波(bo)翻(fan)轉磁矩(ju)實(shi)現數(shu)據存儲與邏輯運算(suan)。
遵循摩爾定律(lv)飛速發(fa)展的(de)現代(dai)電子器件尺寸(cun)越(yue)來越(yue)小，芯(xin)片(pian)中因(yin)電荷高速運動和頻繁碰(peng)撞(zhuang)引(yin)發(fa)嚴(yan)重發(fa)熱(re)，不但造成(cheng)高能耗，同(tong)時限(xian)制芯(xin)片(pian)處理速度與集成(cheng)密度的(de)提高，成(cheng)為(wei)阻礙當前器件發(fa)展的(de)一個嚴(yan)重問題。在日常(chang)生(sheng)活中，我們都能切身體會到電子產品耗電、發(fa)熱(re)而帶(dai)來的(de)嚴(yan)重不便。
聚焦(jiao)上述關鍵科學技(ji)術問(wen)題，王譯教授(shou)與(yu)新(xin)加坡(po)國立大學Hyunsoo Yang教授(shou)創新(xin)性提出(chu)利用自(zi)旋(xuan)(xuan)波(bo)(bo)(準粒子(zi)(zi)：磁(ci)振子(zi)(zi))來驅(qu)動磁(ci)矩翻轉，實現芯(xin)片“0”和“1”的信(xin)息存(cun)儲和邏輯運算，這完全(quan)不同于以(yi)往通(tong)過(guo)有熱(re)耗(hao)(hao)散電(dian)(dian)子(zi)(zi)自(zi)旋(xuan)(xuan)注入的傳(chuan)統技(ji)術。自(zi)旋(xuan)(xuan)波(bo)(bo)不局限(xian)于電(dian)(dian)子(zi)(zi)導(dao)體，可以(yi)以(yi)“波(bo)(bo)”的方式(shi)在(zai)多種介質中無熱(re)耗(hao)(hao)散、低阻尼、長(chang)距離傳(chuan)播自(zi)旋(xuan)(xuan)信(xin)息，重(zhong)要的是該過(guo)程不需要導(dao)電(dian)(dian)電(dian)(dian)荷參與(yu)，因(yin)此(ci)這種新(xin)機制可以(yi)從根本上突破傳(chuan)統芯(xin)片發(fa)熱(re)、耗(hao)(hao)電(dian)(dian)等瓶頸。
圖A-B：磁振子轉矩(A)與傳統電子自旋轉矩(B)對比示意圖；圖C：磁振子轉矩器件光學照片；圖D：磁振子轉矩驅動NiFe磁矩翻轉器件示意圖；圖E：Bi2Se3/NiO/NiFe器件的自旋轉矩鐵磁共振測量示意圖；圖F：磁振子轉矩強度與NiO厚度關系；圖G：不同厚度NiO器件中磁振子轉矩與溫度的關系；圖H：磁振子轉矩效應驅動磁矩翻轉磁光克爾成像
在前(qian)期工作基礎上，他們設計了(le)異質薄膜(mo)結構，反鐵磁絕(jue)緣(yuan)體(ti)NiO作為磁振子(zi)(zi)高效傳輸通道，拓(tuo)撲絕(jue)緣(yuan)體(ti)Bi2Se3作為高強度磁振子(zi)(zi)產生源，開創性(xing)利用磁振子(zi)(zi)轉(zhuan)矩(ju)(ju)效應(ying)實(shi)現商業廣泛應(ying)用的NiFe和(he)CoFeB鐵磁薄膜(mo)自(zi)旋(xuan)磁矩(ju)(ju)180°翻轉(zhuan)。器(qi)件在室溫下運行，磁振子(zi)(zi)轉(zhuan)矩(ju)(ju)效應(ying)顯著，預(yu)期通過進(jin)一(yi)步調控器(qi)件，磁振子(zi)(zi)轉(zhuan)矩(ju)(ju)強度有望進(jin)一(yi)步增(zeng)強。
此工(gong)(gong)作實驗證實了自旋(xuan)(xuan)波(bo)可(ke)有效翻轉自旋(xuan)(xuan)磁矩，開辟了實現低功耗、高速(su)度信息存(cun)儲和邏(luo)輯運算芯片的新途徑，必將發(fa)展磁振子學新研究方向(xiang)，激發(fa)磁振子器件(jian)廣泛探(tan)索，促進后摩爾時代器件(jian)革新。該工(gong)(gong)作中，我(wo)校王譯教授為第一作者(zhe)，成果部分(fen)得到大連理(li)工(gong)(gong)大學人才啟動資(zi)金的資(zi)助(zhu)。
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