17、基于全自旋的磁逻辑技术：原理、实验与应用前景

基于全自旋的磁逻辑技术：原理、实验与应用前景

1. 非局域横向自旋阀背景

非局域自旋阀的电学测量最早由Jedema等人报道。其结构由两个通过非磁性通道（通常为金属或半导体）连接的铁磁触点组成。在非局域测量中，电流通过注入铁磁体流入通道一端。由于铁磁体的特性，通过它的电流是极化的，会在铁磁体与非磁性通道的界面处产生自旋积累。这是因为铁磁体费米能级处不同自旋的态密度不同，导致自旋失衡。

自旋积累使得自旋电流从接触点向通道的两个方向扩散。由于在两个铁磁体之间没有电荷电流流动，所以会有纯自旋电流通过通道扩散到第二个铁磁触点。纯自旋电流不包含电荷成分，而是由自旋角动量的运动产生，其表达式为 (J_S = J_{↑S} - J_{↓S})，即多数自旋和少数自旋的差值。

通过测量第二个铁磁体处的电压，可以确定两个铁磁触点的相对取向。检测到的电压差是由电化学势差引起的，而电化学势的分裂是自旋积累的直接结果，它会导致通道中费米能级的分裂。

2. 操作的关键参数

非局域横向自旋阀（NLSV）中的自旋电流以及非局域电阻信号会受到多个关键因素的影响：
- 通道材料的自旋扩散长度（(\lambda_N)） ：纯自旋电流在通道中传输时可能会发生自旋翻转。通道的自旋扩散长度越小，自旋越容易失去其取向，在给定铁磁触点间距的情况下，检测到的信号就越小。因为自旋电流会随着 (exp(-L/\lambda_N)) 衰减，其中 (L) 是铁磁触点之间的间距。
- 铁磁触点之间的间距（(L)） ：间距越大，自旋电流衰减越严重，对非局域电阻信号产生负面影响。
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