东京科学大学 在施加外部电压后，锂离子流过还原-氧化晶体管并到达底部磁铁矿膜，改变其电荷载流子浓度并改变铁自旋的取向
学分:东京科学大学特鲁Higuchi 在过去的几十年里，传统电子技术在计算和信息技术方面已经迅速达到了它的技术极限，这就需要创新的设备，而不仅仅是操纵电子电流
在这方面，自旋电子学是应用物理学中最热门的领域之一，它研究利用电子的“自旋”来执行功能的器件
但是，测量、改变，以及一般来说，利用这种基本的量子特性并不容易
目前的自旋电子器件——例如磁隧道结——受到诸如高功耗、低工作温度和材料选择的严格限制等限制
为此，日本东京科学大学和国家材料科学研究所(NIMS)的一组科学家最近在《纳米ACS》杂志上发表了一项研究，他们在研究中提出了一种令人惊讶的简单而有效的策略来操纵磁铁矿(Fe3O4)中的磁化角，这是一种典型的铁磁材料
该团队制造了一种全固态还原氧化晶体管，它在氧化镁和掺杂锆的硅酸锂电解质上含有一层Fe3O4薄膜(图
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锂离子在固体电解质中的插入使得有可能在室温下实现磁化角的旋转，并显著改变电子载流子密度
这篇已发表论文的作者之一、东京科学大学副教授特鲁Higuchi说:“通过施加电压将固态电解质中的锂离子插入到铁磁体中，我们开发了一种自旋电子器件，这种器件能够以比通过自旋电流注入的磁化旋转更低的功耗来旋转磁化
这种磁化旋转是由电子注入铁磁体引起的自旋轨道耦合的变化引起的
" 与以前依靠使用强外部磁场或注入自旋定制电流的尝试不同，新方法利用了可逆的电化学反应
在施加外部电压后，锂离子从顶部锂钴氧化物电极迁移，并在到达磁性Fe3O4层之前穿过电解质
这些离子随后将自身插入磁铁矿结构中，形成LixFe3O4，并由于电荷载体的改变而导致其磁化角度发生可测量的旋转
在高于0的外部电压下，磁化角的变化变得明显
7伏，产生大约10的可逆变化
电压高于1
2 V时，旋转更加明显，但由于磁铁矿相中的永久结构变化，旋转变得不可逆
学分:东京科学大学特鲁Higuchi 这种效应使得科学家能够可逆地改变磁化角度大约10°
尽管通过进一步提高外部电压，获得了更大的56°旋转，但是他们发现磁化角不能完全切换回来(图
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“我们确定这种不可逆的磁化角旋转是由过量锂离子引起的磁铁矿晶体结构的变化引起的，”Higuchi解释说，“如果我们能抑制这种不可逆的结构变化，我们就能实现相当大的磁化旋转。”
" 科学家们开发的新器件代表了自旋电子器件发展中磁化控制的一大步
此外，该装置的结构相对简单且易于制造
医生
该研究的相应作者、NIMS大学的首席研究员Takashi Tsuchiya说:“通过在室温下将锂离子插入Fe3O4中来控制磁化方向，我们可以以比自旋电流注入的磁化旋转低得多的功耗来工作
开发的元素以简单的结构运行
" 创造高密度、大容量的自旋电子存储器件，甚至模仿生物神经系统的神经形态器件
学分:东京科学大学 尽管要充分利用这种新设备还有许多工作要做，但自旋电子学即将兴起，这必将开启许多新颖而强大的应用
“在未来，我们将努力实现磁化角180°的旋转，”博士说
NIMS国际材料纳米结构学中心的首席研究员和该研究的合著者之一寺部和哉说:“这将让我们创造出高密度、大容量的自旋电子存储器件，甚至是模仿生物神经系统的神经形态器件
“自旋电子学的其他一些应用是在非常令人垂涎的量子计算领域
只有时间会告诉我们这项前沿技术为我们带来了什么！
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