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自旋电子学的发展取决于控制磁极化电流流动的材料。然而，当通过材料之间的界面传热的细节未知时，很难谈论控制。波兰和德国的物理学家团队首次详细描述了在铁磁金属和半导体之间的界面处发生的动态现象，填补了我们以往材料知识中的“热”差距。 图 是GaAs/Fe3Si界面模型。砷原子标记为橙色，镓标记为绿色，硅标记为红色，铁标记为蓝色。 自旋电子学被认为是电子学的继承者。在自旋电子器件中，电流正被自旋电流取代。对于砷化镓/硅化铁异质结构，通过两种材料界面的每四个电子，就有多达三个携带关于磁矩方向的信息，这种异质结构很有希望用于自旋电子学。 然而，到目前为止，关于界面的动态特性知之甚少，而这种特性决定了热流。克拉科夫的波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）、卡尔斯鲁厄理工学院（KIT），柏林的保罗德鲁德固态电子学研究所和汉堡的DESY研究中心之间开展合作，终于填补了此领域的研究。 Przemyslaw Piekarz博士（IFJ PAN）说，“Fe3Si（铁硅化物）和GaAs（砷化镓）系统较为特殊，两种材料的性质差别很大：第一种是非常好的铁磁材料，另一种是半导体。另一方面，晶格常数，即原子间的特征距离，两种材料的差异仅为0.2％，它们几乎完全相同。因此，这两种材料结合良好，界面附近没有缺陷或显着的应力。” 波兰小组专注于在测试结构中制备晶格振动的理论模型。由Krzysztof Parlinski教授（IFJ PAN）在过去20年中创建和开发的PHONON计算机程序在这里发挥了重要作用。利用量子力学的基本定律，计算了原子间相互作用力，这可以解决描述晶体网络中原子运动的方程。 执行大部分计算的Malgorzata Sternik博士（IFJ PAN）解释说：“在我们的模型中，衬底是砷化镓，其最外层由砷原子组成。在它上面有交替排列的铁硅和铁层固体晶体与界面附近的原子振动是不同的。这就是我们研究振动频谱如何根据与界面的距离而变化的原因。” 晶体中原子的动力学不是随机的。结晶材料的特征在于长程有序。因此，原子的运动在这里并不混乱，但它遵循某些，有时非常复杂的模式。横向声波主要负责传热。这意味着在分析晶格动力学时，研究人员必须特别注意平行于界面的平面中发生的原子振动。如果两种材料中的原子的振动波彼此匹配，则热量将有效地流过界面。 科学家Svetoslav Stankov博士（KIT）解释说，“测量超薄层中原子振动的光谱是实验固态物理学中的重大挑战之一。由于同步辐射源的出色表现，我们现在通过核非弹性散射能够直接测量纳米材料中原子振动的能谱，具有很高的分辨率。在我们的实验中，同步加速器波束平行于界面平面取向。这样我们就能够观察原子平行于Fe3Si/GaAs界面的振动。” KIT的博士生Jochen Kalt在保罗德鲁德固态电子学研究所制备了含有不同数量的Fe3Si单层（3,6,8和36）的Ge/Fe3Si/GaAs样品。该实验在汉堡的同步加速器辐射源Petra III的Dynamics Beamline P01上进行。 事实证明，尽管两种材料的晶格参数相似，但界面原子的振动与体积中的振动大不相同。第一原理计算完全符合实验观察，再现了界面原子振动能谱中的新特征。 Stankov博士总结道，“理论和实验之间几乎完美的匹配为界面声子纳米工程铺平了道路，这将导致更高效的热电异质结构的设计，并将刺激热管理和纳米声学的进一步发展”。 Fe3Si/GaAs界面已被证明是研究动态和自旋电子界面现象的完美模型系统。在未来，研究团队计划扩展这项工作，以更好地了解这种有前途材料的电子和磁性。 该研究由亥姆霍兹联合会（HGF，VH-NG-625）、德国研究和教育部（BMBF，05K16VK4）和波兰国家科学中心资助。
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