自旋電子革命　拓樸材料鋪成的康莊大道

編譯／高晟鈞

近期，一組研究人員在電子裝置領域上取得了重大突破。透過大規模整合低功耗、高速、可靠性高的自旋電子裝置，將有望徹底改變下一代電子領域。

自旋電子學的前景

以磁性隨機存取記憶體（MRAM）為代表的自旋電子裝置，利用鐵磁性材料的磁化方向來進行資訊存儲，並依靠自旋電流（自旋角動量的流動）來讀寫資料。

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然而，這種傳統的半導體電子裝置在提高品質方面卻面臨了瓶頸。

幸運的是，三端自旋電子裝置的出現一定程度上延緩了這種瓶頸的來臨。三端自旋電子裝置採用單獨的電流路徑來寫入與讀取訊息，能有效的減少輸入錯誤並提高輸入速度。然而，該裝置的缺點也很明顯，資訊寫入期間的能耗（特別是磁化切換）過高仍是一個值得重視的問題。

自旋霍爾效應

減少資料寫入期間的一種方法是利用「自旋霍爾效應」。然而，科學家在識別出表現出明顯的自旋霍爾效應的材料上卻面臨了巨大障礙。因此，科學家將注意力轉向一種獨特的半金屬化合物──鈷錫硫化合物（Co₃Sn₂S₂）。

鈷錫硫化合物在-96^oC的低溫下表現出了鐵磁性，室溫下則表現出了順磁性。其獨特的電子結構，使其轉變為鐵磁態時表現出了顯著的自旋霍爾效應，並最終被歸類為拓樸材料。

理論的推導、實現與未來影響

研究團隊透過理論計算，他們推測鈷錫硫薄膜在部分摻雜鎳與銦金屬時，將表現出最強烈的自旋霍爾效應。

這項研究將為發現新的自旋霍爾材料提供一條清晰的途徑，並有望加速低功耗電子器件的開發，用拓樸材料鋪成通往未來電子未來的康莊大道。

資料來源:SciTechDaily

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