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我院教师在自旋波电子学研究中获重要进展


作者:    点击量:   更新日期:2019-06-19 

        我院青年百人副教授邢祥军博士(论文第一作者)与外校合作者在自旋电子学研究中取得重要进展,研究结果近期发表于物理类权威期刊《Physical Review Applied》(极少数物理类I区刊物之一),第一研究工作单位为广东工业大学。
       严重的漏电流效应和热耗散问题使得基于CMOS工艺的传统半导体技术遭遇难以逾越的瓶颈。作为潜在的替代技术,磁振子自旋电子学通过研究磁系统中自旋波(即磁化强度矢量的集体运动,其准粒子为磁振子)的激发、传输、操纵与检测,探索采用自旋波作为信息载体开展信息处理和逻辑计算的可能途径。因自旋波的波动属性,除了传统的逻辑计算,磁振子技术还适合构建非布尔计算架构,在图像处理、语音识别等特殊应用领域具有突出优势。自旋波的低损耗传输与可控操纵是磁振子器件实用化的前提。现存的磁振子波导要么能耗高,要么不适用于微纳尺度样品或弯曲形样品,无法同时满足多项要求,因此严重阻碍了磁振子器件的实用化。
      在前期工作中(NPG Asia Materials 8: e246, 2016),邢祥军博士与南京大学合作者从理论上提出了基于磁畴壁的光学纤维型磁振子波导,并通过微磁模拟证实了该波导模式的有效性,展示了基于该波导构建基本逻辑器件的可行性。这一新型波导模式具有低功耗、低损耗、零带隙特性,并且适用于微纳尺寸的弯曲形样品,但是该类波导中自旋波通道的可靠写入方法尚未被建立起来。在当前工作中(Phys. Rev. Appl. 7: 054016, 2017),邢祥军博士与香港大学、瑞典皇家理工学院和香港中文大学深圳的合作者提出利用自旋轨道矩在复杂形状微纳磁体中产生磁畴壁(作为自旋波通道)的方法;以Y形和S形磁体为例,他们通过微磁模拟全面系统地揭示了该方法的适用性,并构造了一种自旋波多路复用器件。
     该研究不仅建立了自旋波通道的可控写入方法,指出了发展高能效、低损耗微纳磁振子器件的可能性;而且发现了畴壁的新动力学行为,由此对近期文献中(Science 349: 283, 2015)报道的畴壁/斯格明子转化行为提供了更准确合理的解释,并且可能导致新的器件操作概念。详细信息见https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.7.054016

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