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[信息] SPIN电子学

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发表于 2008-12-5 05:06:10 | 显示全部楼层

SPIN电子学

自旋电子学,一门新兴的奈米科技与发展新闻来源 : 贵重仪器中心 于 2003-12-02 09:43:40 所发表

一个将自旋(SPIN)与电子学合併的新词彙(SPINTRONICS),这类装置用电场来控制,符合电子学运作的条件。在最近的应用物理,材料以及电子工程期刊上,屡屡出现,也刊在科学人(SCIENTIFIC AMERICAN) 与自然(NATURE)等知名刊物,是时机成熟了,还是昙花一瞬

作为现代电子工程的两大支柱,一是电子电路(CIRCUITRY),另一则是电子元件(DEVICE)。回顾上一个世纪初,电子管的製造,因通讯的迫切需求而兴起,到了卅○年代末期,装有三极管、五极管的收音机,成为战前最时髦的商品。战后由于微波技术的突破,诸如行波管,电子调速管的问世,让电子工程进入了十亿赫(GIGA),甚至兆赫频率的时代。

电子元件在上个世纪的突破,除了频率,还有尺寸。二次大战期间,美国陆军需要高速的运算机器来解决火砲的弹道计算,当时既有的机械计算机,以及用数十万只继电器构成的电动计算机,都是速度不够。要将计算机当中每一个逻辑闸(GATE)的速度,提升至微秒,甚至是奈秒的范畴,在当时电子管变成唯一的选择,因此数十万只电子管,以惊人的电力耗损,ENIVAC装进了宾州大学庞大的空间,更困难的是如何将热量排出,在弹道计算一结束ENIVAC就永久停机了。

五○年代贝尔电话实验室(BELL LAB)推出由半导体接面构成的第一只电晶体,将原先等效的电子管所需尺寸缩小百倍以上。十年后,国际商业机器(IBM)将数十个电晶体整合製作在一个模组内,以此为单元构成真正能够商品化的大型电脑,当时将这门技术称为积体化(INTEGRATED)。以半导体与积体电路(IC)为主轴的电子产业,支配了后续四十年莘莘学子与专家的努力,也支配了新竹科学园区十万从业人员的生产本质。

八○年代起,每单位积体电路的电晶体容量正式进入百万级,称做超大积体电路(VLSI),人类开始尝试将IC的製作技术推向它的物理极限,奈米范畴。但是百万电晶体进行运算后,产生的庞大资料应该如何长久储存,另一项科技也应运升起,就是物质的磁性操控,也进入奈米时代。

九○年代起,藉助像是分子磊晶成长(MBE)技术,人类可以将原子排列在预定的晶格上。当电子元件达到原子或者说奈米为尺寸时,它的操作原理势必包括量子效应,量子元件(QUANTUM)这名称,也就理所当然。基于功能需求,量子元件也区分为两类,一是量子逻辑闸,二是量子储存体(CELL),如何有效掌握量子元件的个别电子磁性行为,成为自旋电子学(SPINTRONICS) 近来的主要方向。

目前自旋电子学的主流还在磁性材料或磁阻(特别是磁穿隧结构),而国内的研究也多集中于这方向。单一自旋的操控虽然有趣,但离记忆体应用十分遥远。无论如何,目前发展中的实用自旋电子记忆元件,几乎有现有硬碟千倍以上的容量密度,大家拭目以待吧。

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