作者利兹·汤普森，阿尔贡国家实验室 由锰、镓和氮制成的反钙钛矿合金的晶胞
箭头显示了电子的自旋结构
利用这种自旋可能有助于制造比那些依赖电子电荷的电子器件更小、更有效的电子器件
信用:Chang-Beom Eom 自旋电子学这个有前途的领域试图操纵电子自旋来制造一种新型的小而低功率的电子器件
最近的一项研究使用阿尔贡的先进光子源，使自旋电子学的广泛应用更加接近现实
随着计算机和电子设备变得越来越小，工程师们正在开发新技术，使设备能够进一步缩小，同时提高性能
自旋电子学是一项很有前途的新技术，它有潜力制造更小更快的设备，在断电时保留信息
这项新兴技术可能会彻底改变电子设备的设计，但在这项技术成为主流之前，还有很长的路要走
为了跟上不断增长的数据生成，数据存储容量已经增加，同时电子设备继续变得更小和更强大
然而，数据生成和存储的这种增加导致了能耗的相应增加
数据中心的服务器和冷却系统消耗大量电力，仅这些中心就占全球能源消耗的1%以上
自旋电子学有潜力降低能耗，同时允许工程师继续设计更小更快的计算机和其他电子设备
自旋电子学用电子自旋来编码数据，而不是用电子电荷将信息存储为1和0
自旋是电子的一种属性，就像电荷一样
电子可以有向上或向下的自旋状态，在一些特殊的材料中，这种自旋状态可以在材料通电时穿过材料
自旋状态被传输的能力允许自旋被用于数据存储
这种用于数据存储的自旋操作方法使用的能量要少得多，因为自旋电流遇到的阻力较小，这可能导致过度进食，并且信息不会随着功率的损失而消失
研究人员使用先进的光子源
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能源部科学用户设施办公室一直在研究操纵电子自旋的方法，并开发自旋电子学的新材料
最近，由威斯康星大学麦迪逊分校材料科学与工程教授Chang-Beom Eom领导的一个研究小组在《自然通讯》杂志上发表了一项关于一种新材料的研究，这种新材料的存储密度是其他自旋电子器件的三倍，功耗也低得多
这些类型的材料并不多，尤其是像这种在室温下工作的材料
如果Eom的材料可以被完善，它将有助于创造更高效的电子设备，而不会过热
这对推动低功耗计算和快速磁存储器的发展尤为重要
Eom设计的新结构是基于一种不寻常的叫做反钙钛矿的材料，他用这种材料来操纵自旋信息流，而不用移动电子的电荷穿过材料。
为了弄清楚它是否有效，为了更好地理解材料的结构，Eom的团队在APS上使用了x光衍射来观察材料的结构在什么时候发生了变化，这表明电子自旋的必要排列出现了。
Eom来到APS是因为6-ID-B束线的力量以及在那里工作的科学家的专业知识
“在APS的一周时间里，我们可以做一个月的工作，”他说
美国物理学会的束线科学家为希望利用该设施资源的研究人员提供专家建议
在这项研究之前，美国物理学会束线科学家菲尔·瑞安和金钟宇花了一些时间和Eom在一起，帮助他在实验室里培育这些新材料时，确定自己什么时候有了正确的结构
“如果他们有一个科学问题，我们会讨论它，并一起在美国物理学会设计一个实验来回答这个问题，”金说，他是美国物理学会的一名物理学家，与Eom的研究小组合作
“我们非常了解自己的技术和能力，因此我们可以为实验的设计做出贡献，甚至影响对话
" 在这项研究中，Eom使用APS在原子水平上观察材料冷却到室温时的晶格结构
利用x光衍射，他们测量了晶格参数——基本上是原子之间的距离——并提取了随着材料温度变化的原子间距
美国物理学会的另一位物理学家瑞安说:“这种材料产生的磁序比室温稍高一点。”多年来，他和Eom以及其他许多人一起参与了这个项目
“一旦电子自旋自行排序，原子就会被稍微推离彼此
因此，即使我们不能用x光直接探测到这个结构，我们还是在APS上监测和测量了这个结构随温度的变化，以确认这个磁序的出现
" 这是这项研究中用于测量电子自旋排列的三种技术之一，这些数据与其他测量结合在一起，有助于巩固和巩固这些发现的有效性
“操纵电子自旋排列的能力，以及它们在材料中的运动，为更节能的设备提供了巨大的可能性，”Eom说
“这是演示如何做的第一步
"
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