闲芯芯闻 - "应用Berry相位磁单极子工程技术开发高温自旋电子设备"

"应用Berry相位磁单极子工程技术开发高温自旋电子设备"

2024-01-09 101 小闲

自旋电子设备是一类利用电子自旋以实现高速处理和低成本数据储存的电子设备。在这方面，自旋转移力矩被认为是实现超快速和低功耗自旋电子设备的关键。然而，最近自旋轨道力矩（SOT）被认为是自旋转移力矩的一种有希望的替代方案。

许多研究都在探讨SOT的来源，研究结果显示，在非磁性材料中，一种被称为自旋霍尔效应（SHE）的现象是实现SOT的关键。在这些材料中，存在一种称为“狄拉克能带”的特殊电子能量排列，对于实现大的SHE至关重要。这是因为，狄拉克能带结构含有Berry相位的“热点”，Berry相位是决定自旋霍尔效应的量子相因子。因此，拥有适合的Berry相位热点的材料对于工程化实现自旋霍尔效应至关重要。

从这个角度看，钽硅烷（TaSi2）这种材料引起了人们的极大关注，因为它的能带结构中存在几个靠近费米能级的狄拉克点，非常适合执行Berry相位工程。日本东京理工大学（Tokyo Tech）的电气和电子工程系副教授Pham Nam Hai领导的研究团队，最近研究了狄拉克能带热点对TaSi2中SHE温度依赖性的影响。

通过各种实验，该团队观察到，TaSi2的SOT效率从62K到288K几乎没有改变，这与传统重金属行为相似。然而，当温度进一步升高时，SOT效率突然增加，到346 K几乎翻倍，相应的SHE也以相似的方式增加。这与传统重金属及其合金的行为有很大不同。进一步分析后，研究者将这种高温下SHE的突然增加归因于Berry相位磁单极子。

确实，他们的研究凸显了Berry相位磁单极子工程有潜力有效利用非磁性材料中的SHE，并为开发高温、超高速、低功耗的SOT自旋电子设备提供了新途径。

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