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美国加利福尼亚大学河滨分校（UCR）在“自旋电子”器件领域取得进步，将有助于产生用于计算和数据存储的新技术。研究人员研究出新的方法，用于检测由低价金属和硅形成的自旋器件中的信号，克服了自旋电子学广泛应用的主要障碍。之前的自旋电子器件主要采用稀有和昂贵的铂等金属复杂结构。 计算机消耗大量的电能，产生的热量需要更多的能量来冷却。相比之下，自旋电子器件几乎不产生热量，且耗电量相对较小。自旋计算机将不需要耗电来保存内存中的数据。 电子设备依赖电荷产生的二进制位来表示计算机数据，但自旋电子学则利用自旋电子特有的性质。自旋电子材料通过电子的“向上”或“向下”自旋取向记录二进制数据，如材料中棒状磁体的北部和南部。自旋电子学器件发展的主要障碍是在自旋电子学材料中产生和检测无穷小电子自旋信号。 Kumar及其同事们在一月份发表在“应用物理通讯”科学杂志上的一篇论文中报道了一种有效的技术，即在硅和镍铁合金（称为坡莫合金）的简单双层夹层中检测自旋电流。所有这三个部件成本低廉，可在室温下运行，用广泛应用的溅射电子制造工艺来制造这些层，可以为商业自旋电子器件提供基础。论文的共同作者是研究生Ravindra Bhardwaj和Paul Lou。 在实验中，研究人员将坡莫合金 - 硅双层夹层的一侧加热，以产生温度梯度，从而在双层中产生电压。电压是由于称为自旋塞贝克效应的现象造成的。工程师们发现，由于另一种被称为“反旋霍尔效应”的现象，他们可以检测到双层中产生的“自旋电流”。 研究人员表示，研究成果可以应用于计算机存储器中的高效磁开关，而这些科学突破可能会推动这类器件的发展。更广泛地说：“这些结果将无处不在的硅带到了自旋电子学研究的前沿，并将奠定节能型硅自旋电子学和硅自旋热电子学器件的基础。 在另外两篇科学论文中，研究人员证明他们可以为硅自旋电子学材料产生一种称为反铁磁性的关键性质。研究人员表示，这项成就为商业自旋电子学开辟了一条重要途径，因为硅价格低廉，且可以用成熟技术制造。 铁磁性是磁性材料的特性，其中原子的磁极同向排列。相反，反铁磁性是相邻原子在相反方向磁性取向的性质。这些“磁矩”是由于原子中电子的自旋而引起的，并且是自旋电子学中材料应用的核心。 在两篇论文中，Kumar和Lou阐述了在晶体管和其他电子元件中使用的两种硅（称为n型和p型）中检测反铁磁性。N型半导体有大量负电荷，P型有高浓度带正电的空穴，两种类型半导体组合能够用于计算机存储器和其他器件中切换电流。 研究人员已在N型硅中检测到自旋霍尔效应和反铁磁性实验使用了钯、镍 - 铁坡莫合金、氧化锰和n-硅的多层薄膜。还在P硅中实现自旋驱动反铁磁性和硅在金属和绝缘体特性之间的转变。实验使用了与n型硅相似的薄膜。 研究人员在表示：“观察到出现的反铁磁行为可能为硅自旋电子学奠定基础，并可能改变涉及硅薄膜的每一个领域。这些实验还使用简单的半导体电子物理学呈现潜在的电磁控制行为。所观察到的电阻的大变化和相变的掺杂依赖性促进了反铁磁和相变自旋电子器件的发展。” 在进一步的研究中，Kumar及其同事正在开发技术来切换材料中的自旋电流，最终目的是创建一个自旋晶体管。他们也在努力研制更大、更高电压的自旋电子芯片。 Kumar说，他们的研究成果可能是极低功耗、小巧的发射器和传感器，以及高能效的数据存储和计算机存储器。
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