(圖:Patrick Odenthal)

美國猶他大學(University of Utah)的團隊最近發現一系列被稱為「有機 – 無機混合鈣鈦礦」(organic-inorganic hybrid perovskites)的物料,竟擁有一種獨特的性質,可應用於自旋電子學(spintronics)上。這發現很有可能將自旋電子學抽象的概念帶到現實生活之中,取代電子電荷的傳統角色,大大增加未來電子產品的效能。

 

自旋電子學

致力於研究自旋電子學的科學家,一直希望利用電子的磁性,而不是它們導電的性能進行訊息傳輸。有別於研究電流及電荷的電子學,自旋電子學研究使用電子向下或向上旋轉的方向存儲及傳輸訊息。

但現時自旋電子學所遇到的問題是,大部分物料都無法輕易改變電子的旋轉方向並維持這個改變。

不過最近,猶他大學的物理學助理教授李莎拉(Sarah Li)以及其團隊,成功發現了一種物料,能控制電子的旋轉並能有效長時間維持這個變動。

這種鈣鈦礦中的電子能夠在一納秒內經歷多次改變,代表它有潛力存取大量訊息。一般的鈣鈦礦雖然擁有良好的旋轉可變度,但卻只能維持一段非常短暫的旋轉時間,所以這種「有機 – 無機混合鈣鈦礦」的發現令科學家感到非常驚喜。

兩位教授面前的儀器,能以每秒 8000 萬次的速度向鈣鈦礦發射光束,測試它可否被用於儲存訊息(圖:University of Utah)

更細、更快、更強

由於它能夠在更微細的規模內可靠地運行,所以相比以往的傳統物料,自旋電子物料能夠有效處理更多的資訊。儘管摩爾定律(Moore’s Law)指出晶體管會大約在每兩年增加一倍,但近年我們卻不斷靠近它的極限。

李博士表示:「矽科技正在慢慢步向其規模的極限。現時的電線已經極為幼細,假若要再細一點的話,它將不能再以傳統的方式運作。」

自旋電子學很有可能能以更快的速度處理數據,以及增加隨機存取存儲器(RAM)的容量。這將大大提高幾乎所有電子產品的效率、速度以及記憶容量。而且,自旋電子物料並不會釋放外磁場,這代表它們不會幹擾其他電子器材,並可減低被竊聽的機會。

假若能大量生產的話,自旋電子學最終有可能為矽時代劃上句號。

 

參考資料:

  1. Odenthal, P., Talmadge, W., Gundlach, N., Wang, R., Zhang, C., Sun, D., Yu, Z., Vardeny, V., Li, Y. S. (2017). Spin-polarized exciton quantum beating in hybrid organic–inorganic perovskites. Nature Physics. doi:10.1038/nphys4145
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