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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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【前沿】美找到自旋軌道強(qiáng)相互作用的新材料 已有2人參與
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美找到自旋軌道強(qiáng)相互作用的新材料 有助于開發(fā)下一代自旋電子設(shè)備 發(fā)布時間： 2010-12-20 | 作者：常麗君 http://www.stdaily.com 2010年12月20日 來源： 科技日報(bào) 作者： 常麗君 本報(bào)訊 美國能源部阿爾貢先進(jìn)光源（APS）實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，一種含有重元素銥的氧化材料，受到銥5d層價態(tài)上的自旋軌道相互作用的控制，顯示出非同尋常的性質(zhì)。該研究成果發(fā)表在近期《物理評論快報(bào)》上。 該研究由阿爾貢APS國家實(shí)驗(yàn)室、肯塔基大學(xué)、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室以及北伊利諾伊州立大學(xué)聯(lián)合開展，在APS的X射線科學(xué)分部用4-ID-D光束，對一種名為三氧化鋇銥的多晶體進(jìn)行了X射線吸收和磁環(huán)雙色探測，在銥的5d層價態(tài)分析了電子自旋、軌道角動量和自旋軌道耦合。 研究人員本來認(rèn)為，銥在5d層的電子波會和鄰位有很強(qiáng)的重疊并“綁”在一起，再加上一個來自氧離子的強(qiáng)大晶體場圍繞著銥離子，5d層電子的角動量和自旋軌道相互作用幾乎會“被消滅掉”。這次研究卻發(fā)現(xiàn)，5d層電子存在很大的軌道角動量，約是它們自旋角動量的3倍，由此在銥原子中形成很強(qiáng)的自旋軌道耦合。 由于固體性質(zhì)由其組成原子的外層價電子所決定，如由相鄰原子的電子云重疊而形成的晶體場等強(qiáng)相互作用。但當(dāng)固體中自旋軌道相互作用力起重要作用時，就會顯示出有趣的性質(zhì)：如在含有稀土的永磁體材料中，位于4f層的電子引起的磁性，會被材料中相鄰電子5d層和6d層的價效所屏蔽。它們的自旋軌道耦合時，自旋對稱被打破，將4f層的磁性運(yùn)動固定到特定的晶格方向，由此產(chǎn)生了很強(qiáng)的永磁效果。 研究人員邁克爾·萬·威內(nèi)達(dá)爾說：“這種新材料的基本狀態(tài)不是由強(qiáng)晶體場作用而是由自旋軌道作用和庫侖作用這種較弱的力來最終決定�！� 領(lǐng)導(dǎo)該研究的APS物理學(xué)家丹尼爾·哈斯克說，研究自旋軌道耦合具有重要意義，這種類原子行為可用于化學(xué)摻雜，破壞材料中的磁序。 研究人員稱，與砷化鎵相比，弱絕緣性的三氧化鋇銥自旋軌道相互作用更強(qiáng)，過渡金屬氧化物的自旋軌道特征可能更加適于自旋控制設(shè)備。 作為下一代自旋電子設(shè)備，自旋晶體管有著巨大的應(yīng)用前景。開發(fā)自旋晶體管需要找到具有大量電子自旋軌道的新型材料。由于自旋軌道的相互作用是隨著原子數(shù)量而迅速增加，含有重元素的材料成為該領(lǐng)域的最佳候選。 在半導(dǎo)體中，自旋軌道耦合可以通過電場調(diào)節(jié)自旋累積來控制，這是開發(fā)自旋晶體管的一個很有前途的方向。比如開發(fā)自旋電子設(shè)備，基于電子自旋而不是所帶的電荷，能使其功能更加強(qiáng)大、速度更高而且能耗更低。（常麗君） (科技日報(bào)) 本篇文章來源于 科技網(wǎng)|www.stdaily.com 原文鏈接：http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-12/20/content_258057.htm |
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