研究人员揭示控制电子自旋方向新机制或实现更高密度更高效数据存储

纽约大学和IBM公司的研究人员揭示一种磁性材料中控制电子自旋方向新机制，该机制指出了可能增强数据存储的新方法。这一发现或实现更高密度、更高效的数据存储。这项工作揭示了一种基于电流设置磁性信息（或称自旋）方向的方法。这一发现源于自旋电子学的科学领域，它考虑了凝聚态物质和量子物理学。

“自旋电子学研究的主要目标之一是控制材料中电子自旋方向，”纽约大学物理系教授解释道。”这项研究显示了一种新的、根本性的机制来设定导电材料中的电子自旋方向。”

“自旋电子学的这一进展提供了一种在磁层上施加扭矩的新方法，”IBM研究部的高级合著者、纽约大学访问学者Jonathan Sun补充道。”这是一个有希望的进展，有可能降低设备数据存储的能源和空间要求。”

这项工作是与纽约大学研究生徐俊文和IBM研究公司的克里斯托弗-萨弗兰斯基（Christopher Safranski）共同完成的，是信息传输的一个核心现象的最新例子：将信息从一种形式改变为另一种形式。

例如，移动电话将语音和电子邮件转化为无线电波，这些无线电波被传送到手机信号塔，在那里，信号被转化为电信号，而互联网则将电信号转化为光信号（即光脉冲）进行远距离传输。

该项研究中，研究人员重点展示了一种控制自旋方向的新型机制–控制存储位信息的方向。

从历史上看，非磁性重金属中的电流流动已被证明在导体表面导致自旋极化，或其净磁矩的方向，这种效应被称为自旋霍尔效应。然而，自旋霍尔效应中的自旋极化方向总是平行于导体表面。这限制了它的应用，因为它只提供了一个可能的自旋极化轴，限制了存储密度。这项研究中，科学家们利用铁磁导体中的平面霍尔效应来控制自旋极化轴的方向。

具体来说，研究人员部署了一种铁磁导体—铁、镍和钴都是这类导体的例子–发现在导体中流动的电流可以产生自旋极化，而自旋极化的方向是由其磁矩设定的。这是很重要的，因为磁矩方向可以设置在任何所需的方向上，然后设置自旋极化–这是非磁性重金属中的自旋霍尔效应轮廓下不可能实现的灵活性。

他们还发现，这些偏振自旋会在铁磁层外移动，并导致在相邻的非磁性金属中产生纯自旋电流–一种没有相关电流的自旋电流。这种现象有可能使新一代的自旋控制存储器件实现更高密度、更高效的存储器技术。