电容电流 vs. “绝缘体电流”

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日本科研人员首次让绝缘体传递出电流

ugmbbc发布于 2010-03-12 00:05:57|3541 次阅读 字体:大 小 打印预览

新华网东京3月11日电 (记者蓝建中)电子有时会像指南针那样晃动,众多电子的晃动有时可形成一种特殊波。日本科研人员日前利用这一特性,成功地在无法通过电流的绝缘体上传出了 电流。这一研究成果已刊登在11日出版的英国《自然》杂志上。

上述成果由日本东北大学齐藤英治领导的研究小组获得。日本东北大学11日发表新闻公告说,由于电流无法从绝缘体通过,所以绝缘体一直被认为无法传递电流。齐藤英治等人以白金作电极,夹住石榴石(一种非金属矿物)进行实验。当从一边的电极传出电流后,虽然石榴石本身不会有电流流过,但是从另一边的电极中却获得了电流。

齐藤英治解释说,这是由于白金电极中流出电流后出现一种叫“自旋霍尔”的效应,绝缘体的电子会像指南针那样晃动起来,晃动逐渐像波浪一样,形成“自旋霍尔”波,它可以传递给相邻的电子,这种波到达另一边的电极后再次变成了电流。

在通常的电路中,由于电子会流动,所以会因遇到电阻而发热,导致能量损失。但是利用新的方法传递电流,只会出现极微小的发热现象。

由于电脑和手机等的集成电路都使用金属和半导体,所以如何减少发热一直是一个重要课题。齐藤英治说: “以前,如果想使电路实现小型化,就会导致发热现象增加,运行速度也会变慢。这次的发现将有利于实现电路的小型化和高性能化。”

情何以堪,很难让人不觉得这是电容电流,而不是那个自旋霍尔电流…难道被电极夹住的是一根长长的石榴石棒?

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1条评论

  1. 不过据牛人解释说这个确实不是电容电流,而是拿一种自旋波作为中介在绝缘体中传递。大概是这样

    是利用“反自旋霍尔效应” + “自旋霍尔效应”。“自旋霍尔效应”是由于自旋轨道作用,不同自旋的电子在向前运动时,向左和向右方向上散射的概率不同。比如自旋向上的电子会更多的向右散射,而对称地自旋向下的电子则向左散射的多。因为向右向左的电荷一样多,所以不会像普通霍尔效应那样在左右产生电压,不过 却在导体左右两边产生了自旋浓度的变化。

    那么“反自旋霍尔效应”就是上面的反过程。比如从右边注入向上的自旋,但不产生电流,还是根据自旋轨道相互作用会对电子产生一个向后的驱动力使电子向后运动。

    这个工作是在铂金做的 10nm 薄膜上盖了几微米的 YFeO,一种有铁磁性的材料。然后,把样品放到磁场中,再加入微波,微波可以驱动 YFeO 层中的自旋波。而自旋波会源源不断的将自旋传导到铂金层里,自旋在铂金层里传导的过程会由于上面说的“反自旋霍尔效应”,对铂金层里的电子有一个平行于薄膜的推动作用。他们就测量到了这个作用导致的电压。

    这个作用也可以反过来用。可以在铂金层中通电流,正向的自旋霍尔效应会在铂与 YFeO 界面处产生自旋浓度变化,这个变化可以激发 YFeO 层中的自旋波。

    最后,他们在一个 YFeO 层上盖了两条不相连的铂金带,在一条上加电流,诱发 YFeO 层中的自旋波,这个自旋波会被传导到另一条铂金带上从而产生了电压。这样电压就通过 YFeO 这个绝缘体传递出去了。

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