半導(dǎo)體過熱問題會(huì)通過量子波解決嗎？

摘要

研究人員開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，解決了下一代半導(dǎo)體技術(shù)、自旋電子學(xué)和軌道電子學(xué)的缺點(diǎn)。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）物理系教授金世權(quán)和浦項(xiàng)科技大學(xué)（POSTECH）物理系教授李賢宇領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，成功觀察到了可以在不產(chǎn)生電子熱的情況下傳輸信息的“磁振子”新運(yùn)動(dòng)。這一突破于6月17日公布。

研究背景

傳統(tǒng)的信息處理技術(shù)由于使用電子，在通過導(dǎo)體時(shí)因電阻產(chǎn)生熱量而損失大量能量。自旋電子學(xué)利用電子的電荷和磁自旋，而軌道電子學(xué)則利用電子軌道的位置，但兩者都面臨過熱問題。最近，人們希望通過使用稱為“磁振子”的量子波來解決這些問題。與具有質(zhì)量和體積且會(huì)產(chǎn)生熱量的電子不同，波可以在不產(chǎn)生熱量的情況下處理信息。然而，關(guān)于磁振子運(yùn)動(dòng)的研究尚不足以應(yīng)用于類似半導(dǎo)體的信息處理技術(shù)中。

研究發(fā)現(xiàn)

研究團(tuán)隊(duì)首次在二維材料中發(fā)現(xiàn)了“磁振子軌道霍爾效應(yīng)”。這種效應(yīng)發(fā)生在自旋波量子化并且其軌跡彎曲時(shí)。該新型磁振子運(yùn)動(dòng)首次在2010年被觀察到，并引起了廣泛關(guān)注，因?yàn)樗鼣U(kuò)展了以前已知的磁振子行為的方面。此前只能利用電子的自旋自由度，而這種新運(yùn)動(dòng)允許信息處理，強(qiáng)調(diào)了其重要性。

團(tuán)隊(duì)在具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維反鐵磁材料磷化錳（MnPS?）中觀察到了強(qiáng)烈的磁振子軌道霍爾效應(yīng)。這是首次在反鐵磁材料中觀察到磁振子軌道霍爾效應(yīng)，該材料被認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)自旋電子學(xué)和軌道電子學(xué)的應(yīng)用。

專家意見

金教授表示：“建立磁振子軌道和傳輸理論是一個(gè)獨(dú)特且具有挑戰(zhàn)性的問題，世界上尚無人嘗試。我們預(yù)計(jì)將為基于軌道的超低功耗信息處理技術(shù)奠定基礎(chǔ)，這可能會(huì)顯著超越現(xiàn)有信息處理技術(shù)的局限性。”