北京大學(xué)物理學(xué)院、北京量子信息科學(xué)研究院研究員陳劍豪團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院院士謝心澄等人合作，研制出首個(gè)基于擴(kuò)散型自旋波量子(磁振子)的電調(diào)控開(kāi)關(guān)。相關(guān)研究成果近日在線(xiàn)發(fā)表于《自然—通訊》。
二維磁體的自旋波量子(磁振子)作為一種低功耗的信息載體，在未來(lái)量子增強(qiáng)的信息技術(shù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。磁振子應(yīng)用于信息領(lǐng)域所面臨的第一個(gè)門(mén)檻，是制備磁振子的“開(kāi)”態(tài)和“關(guān)”態(tài)。由于磁振子的強(qiáng)波動(dòng)性，注入和探測(cè)磁振子信號(hào)相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)，但是通過(guò)柵電極在非特征頻率下完全關(guān)閉磁振子信號(hào)則是一個(gè)尚未解決的國(guó)際性難題。
陳劍豪團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期研究低維量子材料器件物理，與合作者在低維高遷移率材料、低維拓?fù)洳牧虾偷途S磁性材料領(lǐng)域完成一系列重要研究工作，如發(fā)現(xiàn)原位氫化石墨烯的可控自旋軌道耦合和鐵磁—反鐵磁耦合相變、拓?fù)浒虢饘俚膶?duì)稱(chēng)性破缺和非線(xiàn)性光電效應(yīng)等。
近期，陳劍豪團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低維磁體的磁振子輸運(yùn)過(guò)程具有高度可調(diào)性。隨后，研究團(tuán)隊(duì)與謝心澄、復(fù)旦大學(xué)教授肖江等人合作，建立了二維磁振子模型，并量化分析了其輸運(yùn)過(guò)程中的高度非線(xiàn)性。利用這種非線(xiàn)性，研究團(tuán)隊(duì)制備了基于范德瓦爾斯反鐵磁絕緣體MnPS3(錳磷硫)的磁振子閥，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其二次諧波磁振子信號(hào)的完全可逆電調(diào)控，并首次演示了擴(kuò)散型磁振子邏輯非門(mén)。
在此項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)還預(yù)言了CrI3(碘化鉻)、CrBr3(溴化鉻)、FePS3(鐵磷硫)、CrPS4(鉻磷硫)等一大類(lèi)范德瓦爾斯鐵磁和反鐵磁材料，都將表現(xiàn)出與MnPS3類(lèi)似的磁振子閥調(diào)控效果。該成果作為低維自旋電子學(xué)領(lǐng)域研究的一項(xiàng)突破，對(duì)材料科學(xué)、納米電子學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域都將產(chǎn)生重大影響。(記者 鄭金武)
關(guān)鍵詞： 中國(guó)科學(xué)家 電控二維磁振子閥 擴(kuò)散型自旋波量子
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