纳米粒子有助于实现自旋电子设备

研究人员首次展示了一种新方法，可以执行对未来计算至关重要的功能，比现有商用设备快三个数量级。由Shinobu Ohya副教授领导的团队创​​建了一种纳米级自旋电子半导体器件，可以在几十亿次/秒(太赫兹 - 太赫兹)的特定磁态之间进行部分切换，远远超出目前设备的频率。

这个十年的某个时候你很有可能购买了电脑或智能手机。当您查看说明时，您可能已经注意到此类设备的速度通常以千兆赫兹(GHz)为单位。目前大多数设备都在几千兆赫兹左右。但是，进步加速，并寻求新的方法来提高我们设备的频率和性能。为此，来自工程研究生院和前沿科学研究生院的UTokyo研究人员探索了自旋电子学的新兴领域。

“我希望我们的研究能够引领基于自旋电子的逻辑和存储设备，”Ohya说。“几十年来，人们应该看到自旋电子智能手机和数据中心。我们将在人工智能等领域实现令人难以置信的性能提升。”

自旋电子学，又名“自旋电子学”，利用称为自旋的电子的内在属性 - 负责磁性行为 - 来执行功能。例如，计算依赖于物理材料的可切换状态作为传递信息的方式。众所周知，包括二进制代码的1和0由通信线路中的电压电平或硬盘驱动器中的磁性金属的磁状态表示。状态之间切换越快，设备的性能就越高。在自旋电子器件中，离散自旋磁化状态表示二进制数字。

研究人员创造这种特性的一种方法是用短的但高频的太赫兹辐射脉冲照射特殊的磁性材料，类似于机场人体扫描仪。辐射在这种材料中翻转电子自旋 - 铁磁性砷化锰(MnAs) - 因此其磁化强度比微芯片中的晶体管开关快三个数量级。其他研究人员之前曾尝试过这种方法，但响应脉冲的磁变化仅为1%，太小而无法实际应用。

然而，现在Ohya和他的团队成功地证明了经受太赫兹脉冲的MnAs纳米颗粒的磁化强度变化更大。这种20%的更大响应意味着它可能在研究中更有用，并暗示可能的未来应用。他们的诀窍是利用太赫兹电磁辐射的电子元件而不是磁性元件。

“到目前为止，该领域的研究人员使用铁磁金属薄膜来研究太赫兹磁化调制，但这些会阻碍辐射的能量，”Ohya说。“相反，我们将我们的铁磁纳米粒子嵌入到100纳米厚的半导体薄膜中。这远远不足以阻止辐射，因此太赫兹电场均匀地到达并翻转纳米粒子的自旋和磁化强度。”