2、自旋电子与纳米磁计算设备：新兴技术的前沿探索

自旋电子与纳米磁计算设备：新兴技术的前沿探索

在当今科技飞速发展的时代，信息处理设备的创新至关重要。自旋电子设备和纳米磁设备作为两个重要且相互关联的信息处理概念，正逐渐成为研究的热点。它们凭借低能耗、非易失性和相对较快的操作速度等优势，吸引了广泛的关注。

1. 自旋电子设备

自旋电子学领域的标志性设备是Datta - Das自旋场效应晶体管（SPINFET）。在这个晶体管中，源极和漏极之间的电流通过栅极电位进行调制，而栅极电位并不改变晶体管沟道中的载流子浓度，而是改变载流子的自旋极化。源极和漏极接触为铁磁体，分别充当自旋极化器和分析仪。源极注入自旋极化电子，栅极电压通过Rashba自旋 - 轨道相互作用使沟道中的自旋进动，漏极则根据电子在沟道中进动的程度选择性地传输电子。通过改变栅极电压，就可以改变源极到漏极的电流，从而实现晶体管的功能。

然而，Datta - Das SPINFET在室温下的实际应用存在一些障碍：
- 自旋极化器和分析仪效率低 ：铁磁体/半导体界面无法高效注入和检测自旋，导致漏极电流的开 - 关比很低。
- 沟道维度问题 ：如果SPINFET的沟道不是严格的一维结构，即不是仅占据最低载流子子带的量子线，开 - 关比会显著降低。
- 自旋相干运输和操纵困难 ：在室温下，要在沟道长度上实现自旋的相干运输和操纵具有挑战性。沟道需要足够长以允许至少半个自旋进动周期，但在室温下保持该长度上的自旋相干性很困难。

不过，近期的研究取得了一些进展。在严格的一维InSb纳米线中实现了室温下的相干自旋传输，同时使用量子点