英格里德·法德利，科学X网络，物理
（同organic）有机 x = 0时的低温切换
31 (a)，0
34 (b)和0
35 (c)说明了偏离x = 1/3值时的稳定性和增强的响应
给出了铁晶格的一个例子:空位(a)、化学计量(b)和空隙(c)
信用:Maniv等人
在过去十年左右的时间里，物理学家和工程师们一直在努力寻找新的材料，以开发更快、更小、更坚固的电子设备
这变得越来越重要，因为现有技术是由逐渐接近其物理极限的材料制成的
反铁磁自旋电子学是将流动的电荷电流耦合到特定材料的有序自旋“结构”的电子器件或元件
在物理学中，术语自旋指的是在电子和其他粒子中观察到的固有角动量
原子力显微镜自旋电子学的成功发展可能具有非常重要的意义，因为它可能导致超越摩尔定律的装置或组件的产生，摩尔定律是微芯片制造商戈登·厄尔·摩尔首先提出的原理
摩尔定律基本上指出，由于微芯片所能容纳的晶体管数量的增加，计算机的内存、速度和性能预计每两年就会翻一番
虽然目前的技术已经达到了它们的物理极限，但原子力显微镜自旋电子学在速度和性能方面都远远超过了现有设备，远远超过了摩尔定律
尽管它们具有优势，但迄今为止，找到具有制造原子力显微镜自旋电子学所需的精确特性的材料仍是一项极具挑战性的工作
劳伦斯·伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和塔拉哈西国家强磁场实验室的研究人员最近发现了一种新的量子材料(Fe1/3 + δNbS2)，可用于制造原子力显微镜自旋电子器件
在他们最近发表在《科学进展》和《自然物理学》上的论文中，他们展示了将这种材料用于两种原子力显微镜自旋电子学应用的可行性
“发表在《科学进展》上的工作受到了我们之前的出版物的激励，该出版物第一次证明了基于嵌入过渡金属二硫化物的化合物中的反铁磁转换，”詹姆斯·G
进行这项研究的一名研究人员告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“在《自然物理》杂志最近刊登的另一项研究中，我们发现这些相同的材料具有巨大的‘交换偏差’——这种性质可用于自旋阀，以确保自旋在内含子器件中的传输是单向的，而不是双向的
" 安提斯和他的同事们发现，超低电流密度可以实现高稳定性的电子开关，这为新技术的发展带来了巨大的希望
事实上，与其他已知的可切换反铁磁系统相比，这些材料表现出额外的特性，例如单脉冲饱和和显著较低的活化能(低两个数量级)
研究人员不确定为什么这些材料表现出这些非凡的转换特性
他们认为可以帮助他们解开这个谜的一项观察是，这些材料呈现出一种额外的无序磁性相，称为自旋玻璃，它与反铁磁相共存
“我们正在进行的研究表明，这种相位共存受到铁嵌入值的高度影响，因此，它决定了该系统将如何响应DC电脉冲的注入，”该项目的主要作者埃兰·马尼夫告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“我们的新数据表明，只有当两相共存时，这种转换才是显著的，而当没有自旋玻璃相时，这种转换被显著抑制
" 研究人员最近研究的主要目的是了解过渡金属二元化合物中自旋玻璃和反铁磁相的共存如何影响它们的电开关能力
更具体地说，安提斯、马尼夫和他们的同事希望揭示这些材料中增强反铁磁转换机制背后的物理原理
自旋玻璃是一种磁性系统，表现出随机分布和相互冲突的磁性相互作用
它可以粗略地描述为一个无序的磁铁
研究人员在过渡金属二元化合物中观察到的自旋玻璃态在现有的可转换反铁磁系统中是不存在的
“与自旋指向特定方向的铁磁体或反铁磁体不同，自旋玻璃的自旋平均指向各个方向，”安提斯说
“然而，自旋玻璃的自旋仍然相互粘在一起，就像铁磁体或原子力显微镜的自旋一样
这使得他们一起行动，实现了所谓的集体动力
我们观察到的新的和增强的转换机制的起源在于自旋玻璃的集体动力学
" 马尼夫、安提斯和他们的同事发现，当电流脉冲注入旋转玻璃时，它的自旋会集体旋转
这种现象的发生是因为玻璃相的无序性质，这使得冻结的自旋一致旋转，而没有任何额外的能量成本
研究人员观察到，自旋玻璃的集体运动可以在共存的反铁磁相上施加自旋扭矩，最终旋转原子力显微镜的自旋，使得它们的畴主要指向一个方向
自旋的集体旋转是经颅磁刺激显示的增强转换背后的关键机制
有趣的是，研究人员发现自旋玻璃和原子力显微镜相之间的相互作用也导致了他们最近发表在《自然物理学》上的论文中报道的巨大交换偏差
马尼夫说:“这种反铁磁转换，显示出高效的单脉冲旋转磁畴，直到现在还没有被观察到。”
“控制和显著改善非常理想的反铁磁开关的能力是自旋电子学相关技术的一个突破
此外，在战区导弹防御系统丰富的材料操场上揭示这一效应将使未来的室温研究和改进的特点
" 值得注意的是，由安提斯和他的同事们发现的新的磁性和可切换系统具有超快的动力学特性，对磁场具有鲁棒性，并且在比任何已知材料更低的电流密度下也能激活
该系统对电脉冲的响应实现了高效的单脉冲激活和开关状态，比在其他已知的反铁磁材料中观察到的更稳定和更强大
我们最引人注目的观察之一是理论上预测的“哈尔佩林-萨斯洛模式”(即
e
，旋转玻璃中的旋转波)，马尼夫说
“这些自旋波预计会在某些自旋玻璃相中形成，并与电流脉冲引起的全球集体运动直接相关
" 高速模式是物理学家哈尔佩林和萨斯洛预测自旋玻璃中存在的流体动力学模式
虽然安提斯和他的同事没有直接观察这些模式，但他们发现了一些线索，可以为他们的实验实现铺平道路
这是一个特别有趣的发现，因为研究人员几十年来一直试图直接观察这些模式
“我们现在打算着重揭示自旋玻璃——自旋波模式(I
e
，HS模式)，”安提斯说
“我的合作者之一，香农·哈利，现在正在领导新的实验，研究聚焦离子束制造样品的非局域转换
此外，我们还打算研究各种不同的夹层量子点，它们可以在不同的温度下呈现相似的效果，使我们能够在室温下获得这种新的机制
"
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