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自旋电子学:用电场控制磁自旋

自旋电子学是一个研究电子自旋的物理学领域,电子是许多基本粒子所具有的固有磁性类型。自旋电子学领域已经产生了“自旋电子器件”的技术概念,这些技术概念将依赖于电子旋转,而不是传统电子设备所使用的电荷。

自旋电子学:用电场控制磁自旋

为了构建可编程自旋电子器件,我们首先需要能够在某些材料中操纵自旋。到目前为止,这已经通过磁场完成,磁场不容易集成到日常应用中。

在一组新的实验中,由EPO的Hugo Dil领导的国际物理学家团队现在已经展示了使用电场控制他们所谓的“自旋景观”的能力。他们在一种基于碲化锗(GeTe)的新材料中实现了这一目标,这是在室温下操作的最简单的铁电材料。

科学家使用了一种称为自旋和角度分辨光电子能谱(SARPES)的技术,它可以测量电子的自旋,并且已经被Dil的实验室完善了。通过将SARPES与施加电场的可能性相结合,物理学家展示了铁电α-GeTe和多铁(GeMn)Te中的静电自旋操纵。

此外,科学家们还能够详细地遵循旋转的切换路径。在(GeMn)Te中,垂直自旋分量由于电场引起的磁化反转而切换。这提供了磁电耦合的确凿证据,这开启了可编程半导体自旋电子学的可能性。

“我们以前的工作表明,磁场可以控制这些材料的旋转,”Dil说。“现在我们已经证明使用电场也可以进行自旋操作。我们的实验结果为在自旋电子器件中仅使用电场开辟了一条很有前景的道路,大大降低了能耗。”

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