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科學家利用電子自旋成功使絕緣體導電為開發(fā)節(jié)能電子元器件提供了新思路

發(fā)布日期： 2010-3-17 瀏覽次數(shù)：28 來源：admin

        日本東北大學技術(shù)材料研究所齋藤英治教授領(lǐng)導的研究小組開發(fā)出利用電子自旋使絕緣體導電的方法。研究人員表示，通過在絕緣體中傳輸“自旋波”，再重新轉(zhuǎn)換成電信號，便可實現(xiàn)電信號在絕緣體中的傳輸，并且能夠有效減少能量損失。該研究成果為開發(fā)節(jié)能元器件提供了依據(jù)，相關(guān)論文發(fā)表在近日出版的《自然》雜志上。
         通常金屬和半導體在電傳導過程中會伴隨著稱為熱能的損失，這是由電阻的物理性質(zhì)決定的。為避免能量損失，可利用物質(zhì)的超導現(xiàn)象，但實現(xiàn)超導性需要低于零下100攝氏度的超低溫條件，操作起來非常困難。而絕緣體一貫被認為不能導電也不能傳輸電信號，因此完全被排除在電子領(lǐng)域的電傳輸應(yīng)用之外。但研究小組注意到，利用歷來不受關(guān)注的電子自旋，能夠讓絕緣體傳導電信號，并且不發(fā)生熱能損失現(xiàn)象。
         研究小組將兩個白金電極薄膜附著在高質(zhì)量絕緣體磁性石榴石薄膜的表面，以進行精密的電子測定，然后把電信號轉(zhuǎn)換成電子自旋并注入磁性石榴石晶體絕緣體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由一個白金電極傳導的電流穿過絕緣體，在另一個白金電極上產(chǎn)生了電壓。研究人員解釋說，白金電極中的電流通過絕緣體時，產(chǎn)生自旋霍爾效應(yīng)，引起電子自旋流動，這一流動在磁石榴石中以自旋波的方式傳導，自旋波在另一個白金電極中再通過自旋霍爾效應(yīng)的作用轉(zhuǎn)換成電壓。研究同時發(fā)現(xiàn)，通過增加磁場，電信號傳輸可以很容易作為開關(guān)使用。
         目前支撐IT社會的計算機、通信技術(shù)等使用的材料都使用金屬和半導體，而能量損失對元器件的小型化和高性能也是一個巨大的難題。這項研究開發(fā)出的利用絕緣體傳輸電信號的新方法，既無熱能的損失，也可在室溫下操作，不僅大大拓展了可應(yīng)用的傳導材料的領(lǐng)域，而且能夠從根本上解決電子元器件發(fā)熱引起的能量損失問題，將之作為新的節(jié)能傳輸手段將大有可為，同時有望對節(jié)能型電子技術(shù)的開發(fā)作出貢獻。

                                            （信息來源：科技日報）

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