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我院教師在自旋波電子學研究中獲重要進展


作者:    點擊量:   更新日期:2019-06-19 

        我院青年百人副教授邢祥軍博士(論文第一作者)與外校合作者在自旋電子學研究中取得重要進展,研究結果近期發表于物理類權威期刊《Physical Review Applied》(極少數物理類I區刊物之一),第一研究工作單位為廣東工業大學。
       嚴重的漏電流效應和熱耗散問題使得基于CMOS工藝的傳統半導體技術遭遇難以逾越的瓶頸。作為潛在的替代技術,磁振子自旋電子學通過研究磁系統中自旋波(即磁化強度矢量的集體運動,其準粒子為磁振子)的激發、傳輸、操縱與檢測,探索采用自旋波作為信息載體開展信息處理和邏輯計算的可能途徑。因自旋波的波動屬性,除了傳統的邏輯計算,磁振子技術還適合構建非布爾計算架構,在圖像處理、語音識別等特殊應用領域具有突出優勢。自旋波的低損耗傳輸與可控操縱是磁振子器件實用化的前提?,F存的磁振子波導要么能耗高,要么不適用于微納尺度樣品或彎曲形樣品,無法同時滿足多項要求,因此嚴重阻礙了磁振子器件的實用化。
      在前期工作中(NPG Asia Materials 8: e246, 2016),邢祥軍博士與南京大學合作者從理論上提出了基于磁疇壁的光學纖維型磁振子波導,并通過微磁模擬證實了該波導模式的有效性,展示了基于該波導構建基本邏輯器件的可行性。這一新型波導模式具有低功耗、低損耗、零帶隙特性,并且適用于微納尺寸的彎曲形樣品,但是該類波導中自旋波通道的可靠寫入方法尚未被建立起來。在當前工作中(Phys. Rev. Appl. 7: 054016, 2017),邢祥軍博士與香港大學、瑞典皇家理工學院和香港中文大學深圳的合作者提出利用自旋軌道矩在復雜形狀微納磁體中產生磁疇壁(作為自旋波通道)的方法;以Y形和S形磁體為例,他們通過微磁模擬全面系統地揭示了該方法的適用性,并構造了一種自旋波多路復用器件。
     該研究不僅建立了自旋波通道的可控寫入方法,指出了發展高能效、低損耗微納磁振子器件的可能性;而且發現了疇壁的新動力學行為,由此對近期文獻中(Science 349: 283, 2015)報道的疇壁/斯格明子轉化行為提供了更準確合理的解釋,并且可能導致新的器件操作概念。詳細信息見https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.7.054016

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