记者从浙江大学获悉,该校物理学系郑毅研究员课题组与团结团队,首次在黑砷二维电子态中发现了外电场延续、可逆调控的强自旋轨道耦合效应,实现了对自旋的高速精准控制;同时在全新的自旋-能谷耦合的Rashba物理征象中,发现了新颖的量子霍尔态。相关论文当天刊发于《自然》。

电子是人们一样平常生涯中熟悉的“生疏人”:每个电子携带一份内禀的电荷,其整体运动发生的电流驱动了照明、晶体管以及种种电子装备的运行。然而作为一种基本粒子,电子还携带另外一个基本物理量,即自旋。若何操控自旋,研制速率更快、能耗更低的电子器件是自上世纪90年月以来科学和工程领域孜孜追求的目的。

常见的晶体管运行,通过场效应在沟道中注入和抽离电荷实现开关。但作为与电荷具有一致内禀职位的自旋却极容易受到滋扰,无法简朴地天生运动控制阀门。 “要实现自旋驱动的电子器件,就必须先有用地操控自旋的取向,进而就可以用自旋阀门来控制电子的通过与否。”郑毅先容说,重元素二维质料系统使得电子自旋的高速精准控制成为可能。

郑毅团队在对薄层黑砷微纳器件的研究中,乐成发现加入外电场时,黑砷二维电子态系统的自旋轨道耦合效应可延续、可逆的打开和关闭。这也为后续自旋器件的开发找到了一个控制电子通行的高速开关。

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“该研究将对高效率、低能耗自旋电子器件研制提供坚实基础,对进一步加深量子霍尔征象的明白,以及依托拓扑超导器件的量子盘算研究具有起劲意义。”谈及应用远景,郑毅说,未来,科研职员有望行使自旋轨道耦合实现高效的自旋调控,开发自旋场效应晶体管等电子元器件。

图1 自旋电子器件

图2 黑砷量子霍尔器件

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