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rlafite木蟲 (正式寫手)
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[交流]
不僅僅是自旋——電子軌道也能提供控制磁性的全新方法
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不僅僅是自旋——電子軌道也能提供控制磁性的全新方法 目前，科研人員正積極致力于開發(fā)一種“理想存儲(chǔ)器”，希望在智能手機(jī)和筆記本電腦中減少發(fā)熱，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高性能和更低功耗。韓國研究人員提出了一種控制磁性的全新可能性：利用電子軌道的交換相互作用——即電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的行為——而非依賴傳統(tǒng)的電子自旋交換相互作用（自旋是電子在半導(dǎo)體內(nèi)部的自轉(zhuǎn)性質(zhì)）。 控制磁性的全新框架 由韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）物理系李京鎮(zhèn)教授與延世大學(xué)物理系金慶煥教授領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，首次在世界范圍內(nèi)建立了一種新的理論框架，使得可以通過軌道交換相互作用自由控制磁性，突破了傳統(tǒng)依賴電流控制磁性的技術(shù)限制。該研究發(fā)表在《Nature Communications》期刊上。 迄今為止，下一代存儲(chǔ)器研究主要集中在電子自旋上。自旋指電子像微小陀螺一樣繞自身軸旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，可以通過其旋轉(zhuǎn)方向來存儲(chǔ)信息。然而，電子同時(shí)還會(huì)沿著稱為“軌道”的路徑繞原子核運(yùn)動(dòng)。 在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)從理論上證明，當(dāng)電流通過時(shí)，電子的軌道能量會(huì)與磁性材料中的軌道直接相互作用，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。 通過這一機(jī)制，他們確認(rèn)，相比傳統(tǒng)基于自旋的方法，可以更高效地改變磁體的性質(zhì)。 對(duì)未來電子器件的意義 這項(xiàng)研究最重要的成果在于發(fā)現(xiàn)：電流不僅可以改變磁體的方向，還可以改變磁體本身的內(nèi)稟性質(zhì)，例如磁各向異性（磁體的優(yōu)選方向）和旋轉(zhuǎn)特性。 特別是研究團(tuán)隊(duì)的計(jì)算表明，基于軌道的控制效應(yīng)可能遠(yuǎn)強(qiáng)于現(xiàn)有的基于自旋的方法。這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著未來可能進(jìn)入一個(gè)以軌道為核心的電子器件時(shí)代，在該時(shí)代中，軌道而非自旋將在半導(dǎo)體器件中發(fā)揮主導(dǎo)作用。 研究人員還提出了可行的實(shí)驗(yàn)測量方法，這有望進(jìn)一步提升其在工業(yè)應(yīng)用中的潛力。 與新興交替磁性材料的聯(lián)系 該原理同樣可能適用于近年來在學(xué)術(shù)界備受關(guān)注的交替磁性材料（altermagnetic materials）。 交替磁性是一種新型磁性形式，其中原子內(nèi)部的電子自旋以交替方向有序排列。盡管這些材料在宏觀上不表現(xiàn)出明顯磁性，但它們會(huì)強(qiáng)烈影響電子的運(yùn)動(dòng)。 正因如此，這類材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子態(tài)的精確調(diào)控，被認(rèn)為在高速、低功耗半導(dǎo)體器件和下一代存儲(chǔ)技術(shù)中具有重要前景。因此，該研究為未來邏輯器件和存儲(chǔ)器件的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 李根熙博士表示：“本研究表明，用電流控制磁性并不一定只能依賴自旋。從電子軌道運(yùn)動(dòng)的角度理解并控制磁性這一新視角，將成為推動(dòng)下一代超高速、低功耗存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的重要里程碑�！� Publication details Geun-Hee Lee et al, Orbital exchange-mediated current control of magnetism, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68846-x |
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