科学家利用电子自旋成功使绝缘体导电

http://tech.southcn.com/t/2010-03/17/content_10174209.htm　
日本东北大学技术材料研究所斋藤英治教授领导的研究小组开发出利用电子自旋使绝缘体导电的方法。研究人员表示，通过在绝缘体中传输“自旋波”，再重新转换成电信号，便可实现电信号在绝缘体中的传输，并且能够有效减少能量损失。该研究成果为开发节能元器件提供了依据，相关论文发表在近日出版的《自然》杂志上。

　　通常金属和半导体在电传导过程中会伴随着称为热能的损失，这是由电阻的物理性质决定的。为避免能量损失，可利用物质的超导现象，但实现超导性需要低于零下100摄氏度的超低温条件，操作起来非常困难。而绝缘体一贯被认为不能导电也不能传输电信号，因此完全被排除在电子领域的电传输应用之外。但研究小组注意到，利用历来不受关注的电子自旋，能够让绝缘体传导电信号，并且不发生热能损失现象。

　　研究小组将两个白金电极薄膜附着在高质量绝缘体磁性石榴石薄膜的表面，以进行精密的电子测定，然后把电信号转换成电子自旋并注入磁性石榴石晶体绝缘体。结果发现，由一个白金电极传导的电流穿过绝缘体，在另一个白金电极上产生了电压。研究人员解释说，白金电极中的电流通过绝缘体时，产生自旋霍尔效应，引起电子自旋流动，这一流动在磁石榴石中以自旋波的方式传导，自旋波在另一个白金电极中再通过自旋霍尔效应的作用转换成电压。研究同时发现，通过增加磁场，电信号传输可以很容易作为开关使用。

　　目前支撑IT社会的计算机、通信技术等使用的材料都使用金属和半导体，而能量损失对元器件的小型化和高性能也是一个巨大的难题。这项研究开发出的利用绝缘体传输电信号的新方法，既无热能的损失，也可在室温下操作，不仅大大拓展了可应用的传导材料的领域，而且能够从根本上解决电子元器件发热引起的能量损失问题，将之作为新的节能传输手段将大有可为，同时有望对节能型电子技术的开发作出贡献。（编辑 张颖）