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我院王译教授在Science (《科学》)上发表自旋信息存储领域突破性工作


发布时间:2019-12-02    来源:www.55402.com 点击量:




2019年11月29日,我院王译教授与新加坡国立大学Hyunsoo Yang教授,在世界顶级期刊Science (《科学》)上发表重要工作:利用自旋波翻转磁矩实现数据存储与逻辑运算[1]。

遵循摩尔定律飞速发展的现代电子器件尺寸越来越小,芯片中因电荷高速运动和频繁碰撞引发严重发热,不但造成高能耗,同时限制芯片处理速度与集成密度的提高,成为阻碍当前器件发展的一个严重问题。在日常生活中,我们都能切身体会到电子产品耗电、发热而带来的严重不便。

聚焦上述关键科学技术问题,王译教授与新加坡国立大学Hyunsoo Yang教授创新性提出利用自旋波(准粒子:磁振子)来驱动磁矩翻转,实现芯片“0”和“1”的信息存储和逻辑运算,这完全不同于以往通过有热耗散电子自旋注入的传统技术。自旋波不局限于电子导体,可以以“波”的方式在多种介质中无热耗散、低阻尼、长距离传播自旋信息,重要的是该过程不需要导电电荷参与,因此这种新机制可以从根本上突破传统芯片发热、耗电等瓶颈。


图A-B:磁振子转矩(A)与传统电子自旋转矩(B)对比示意图;图C:磁振子转矩器件光学照片;图D:磁振子转矩驱动NiFe磁矩翻转器件示意图;图E:Bi2Se3/NiO/NiFe器件的自旋转矩铁磁共振测量示意图;图F:磁振子转矩强度与NiO厚度关系;图G:不同厚度NiO器件中磁振子转矩与温度的关系;图H:磁振子转矩效应驱动磁矩翻转磁光克尔成像。


在前期工作基础上[2-4],他们设计了异质薄膜结构,反铁磁绝缘体NiO作为磁振子高效传输通道,拓扑绝缘体Bi2Se3作为高强度磁振子产生源,开创性利用磁振子转矩效应实现商业广泛应用的NiFe和CoFeB铁磁薄膜自旋磁矩180°翻转。器件在室温下运行,磁振子转矩效应显著,预期通过进一步调控器件,磁振子转矩强度有望进一步增强。

此工作实验证实了自旋波可有效翻转自旋磁矩,开辟了实现低功耗、高速度信息存储和逻辑运算芯片的新途径,必将发展磁振子学新研究方向,激发磁振子器件广泛探索,促进后摩尔时代器件革新。该工作中,我校王译教授为第一作者,成果部分得到永利402com官方网站人才启动资金的资助。



论文链接:

王译教授主页:

参考文献:

[1] Yi Wang et al., Magnetization switching by magnon-mediated spin torque through an antiferromagnetic insulator, Science 366, 1125-1128 (2019)

[2] Yi Wang et al., Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques, Nature Communications 8, 1364 (2017)

[3] Yi Wang et al., Room-Temperature Giant Charge-to-Spin Conversion at the SrTiO3–LaAlO3 Oxide Interface, Nano Letters 17, 7659 (2017)

[4] Yi Wang et al., Topological Surface States Originated Spin-Orbit Torques in Bi2Se3Physical Review Letters 114, 257202 (2015)



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