未来低能量电子技术卓越中心 信用:CC0公共领域 自旋过滤可能是未来自旋电子学技术中更快、更节能的转换的关键，它允许通过电而不是磁的方式来探测自旋
上个月发表的一篇UNSW论文展示了利用自旋过滤器根据能量分离自旋方向的自旋探测
超快、超低能量的“自旋电子”器件是一种令人兴奋的、超越互补金属氧化物半导体的技术
在未来的自旋电子学中通过电学手段探测自旋 自旋电子器件的新兴领域除了电荷之外，还利用粒子量子自旋提供的额外自由度，实现超快、超低能量的计算
关键是当自旋积累在物质表面时，产生和探测自旋的能力
研究人员的目标是通过电的手段而不是磁的手段来产生和探测自旋，因为电场产生的能量成本比磁场低得多
高能效自旋电子学依赖于通过电子手段产生和检测自旋
在强自旋轨道耦合的半导体系统中，自旋的全电产生已经被成功地证明
然而，自旋-电荷转换的检测总是需要大范围的磁场，因此限制了速度和实用性
在这项新的研究中，UNSW的研究人员利用了砷化镓空穴中自旋积累和电荷电流之间的非线性相互作用，证明了不需要磁场的全电自旋-电荷转换
“我们的技术有望在不使用磁场的情况下，在多种材料中实现快速自旋探测的新可能性，”第一作者Dr
伊丽莎白·马塞丽娜
以前，半导体中自旋积累的产生和检测是通过光学方法，或者通过自旋霍尔效应-反自旋霍尔效应对来实现的
然而，这些方法需要大的自旋扩散长度，这意味着它们不适用于具有短自旋扩散长度的强自旋轨道耦合材料
全电自旋过滤 UNSW的研究引入了一种检测自旋积累的新方法——使用自旋过滤器，根据它们的能量来分离不同的自旋方向
通常，自旋过滤器依赖于大磁场的应用，这是不切实际的，并且会干扰自旋积累
相反，UNSW团队利用了自旋积累和电荷之间的非线性相互作用，这有利于自旋积累转化为电荷电流，即使在零磁场
“使用弹道介观砷化镓空穴作为强自旋轨道耦合材料的模型系统，我们证明了非线性自旋-电荷转换是全电的，不需要磁场，”相应的作者A/米蒂·卡尔瑟教授(UNSW)说
“我们表明，非线性自旋-电荷转换与从线性响应测量中获得的数据完全一致，并且速度快几个数量级，”同样在UNSW的相应作者亚历克斯·汉密尔顿教授说
因为非线性方法既不需要磁场也不需要长的自旋扩散长度，所以它为快速检测具有短自旋扩散长度的强自旋轨道耦合材料中的自旋积累提供了新的可能性，例如TMDCs和拓扑材料
最后，非线性自旋-电荷转换的快速性可以使自旋累积的时间分辨读出降低到1纳秒的分辨率
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