?一种新材料可以帮助开发非常节能的IT应用程序，该材料是由一个国际研究小组与马丁·路德大学哈勒-维滕贝格(MLU)合作研究发现的。材料氧化物界面上的电子具有特殊性质，大大提高了自旋电流到电荷电流的转化率，这是未来自旋电子学应用的基础。其研究成果发表在《自然材料》期刊上，这种新材料被发现比以前研究过的任何材料都更有效。电流流过所有的技术设备，热量产生，能量损失。
自旋电子学探索了利用电子的一种特殊性质：自旋来解决这个问题的新方法，这是一种电子的内禀角动量，它产生一个磁力矩，这就是产生磁性的原因。自旋电子学的理论是：如果自旋电流流过材料而不是电荷，则不会产生热量，设备中的能量损失也会明显减少。MLU物理学家Ingrid Mertig教授解释说：然而，这种方法仍然需要电流才能使设备工作。因此，有效的自旋到电荷转换对于这种新技术是必要的。
Ingrid Mertig研究小组是发现新材料国际研究小组的一员，这项工作由法国物理学家曼努埃尔·比布斯博士领导，他在著名的国家科学研究中心(CNRS)-泰勒斯研究所进行研究。该小组研究了两种氧化物之间的界面，这两种物质实际上是绝缘体，是不导电的。然而，在它们的界面上形成了一种二维电子气，行为类似于金属，传导电流，并能将电荷电流转换成极高效率的自旋电流，研究小组的两名成员Annika Johansson博士和B?rge G?bel博士为这种不寻常的观察提供了理论解释。
这种新材料比任何其他已知材料的效率都要高得多，这可以为开发新的节能计算机铺平道路。自旋电子学传统上依赖铁磁金属作为自旋发生器和探测器，自旋轨道电子学利用非磁性系统中通过自旋（轨道耦合实现有效的自旋）电荷相互转换。虽然分裂抛物线带的Rashba图经常被用来解释这样的实验，但它无法解释最大的转换效应及其与电子结构的关系。
在本研究展示了界面工程，高载流子密度SrTiO3二维电子气中非常大的自旋（电荷转换效应），并将其栅极依赖于能带结构。研究表明，由于轨道混合，转换过程被增强的类Rashba分裂放大，并且在避免具有拓扑非平凡顺序的带状交叉附近。研究结果表明，在新的存储器和晶体管设计中，氧化物二维电子气是基于自旋信息读出的有力候选者。研究结果还强调了拓扑作为一种新成分的前景，以扩大自旋电子学复杂氧化物的范围。
博科园｜研究/来自：Martin-Luther-Universit?tHalle-Wittenberg
参考期刊《自然材料》
DOI: 10.1038/s41563-019-0467-4
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