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有机自旋电子学是一门近来迅猛发展起来的新兴学科,是由有机固体电子学和自旋电子学交叉而成的。有机自旋电子器件是通过同时对电子自旋特性和荷电性的调控代替现有的对单一荷电性的调控来实现器件的功能。有机自旋电子器件工作时涉及自旋注入、自旋传输和自旋的收集探测这三个主要物理过程,其中自旋注入和收集探测这两个过程都发生在有机/铁磁电极界面。因此近年来国际上越来越多的研究小组把目光投注到了有机自旋电子器件中的有机/铁磁电极界面。本项目从研究有机自旋电子器件中的有机/铁磁电极界面入手,通过表面分析了解界面详细信息,利用界面修饰改进器件特性,收集分析数据以建立界面处自旋注入和探测相关物理模型,并指导新型有机自旋电子器件的设计和制备。本项目的实施有望突破有机自旋电子器件室温下或较高电压下自旋注入效率很低的限制,使得有机自旋电子器件能够真正地走向实用化。
本项目针对有机自旋电子器件研究中的自旋注入和传输这两个关键科学问题,进行了一系列的深入研究,取得的研究成果能够帮助我们更好地理解有机自旋电子器件中自旋注入和传输的物理机理,因此具有较高的科学价值。同时对机理的理解又可以帮助我们设计和制备具有新型结构和功能的自旋电子器件,使得有机电子器件真正走向应用。本项目组按照项目任务计划书中设计的实验方案,认真细致地开展项目研究,通过项目成员的努力工作,较好地实现了项目的总体目标,并且达到了项目任务计划书中拟定的考核指标。项目取得的研究成果发表在APL、Organic Electronics等国际著名期刊上,并且具有一定的科学意义,同时项目负责人也在有机自旋电子领域取得了一定学术影响力。由于本项目的相关研究成果,项目负责人获得了2013年度上海市科学技术奖(自然科学类)二等奖(第三获奖人)。同时本项目培养了2名优秀的适应有机半导体产业化发展的研究生,一名出国留学另一名转为本校博士继续深造。通过本项目的执行,形成和发展了以有机微电子器件研究为主要研究方向之一的智能电子技术实验室。结合院系支持的经费,购置了一批即适用于柔性微纳电子器件加工制备、系统集成、分析测试,又具有较高开放性的大型仪器设备。平台基本形成了一套从柔性微纳器件制备、分析和测试到智能电子系统的设计和集成的全套工艺能力。 2100433B
电工和电子技术,是目前产品种类最多,应用范围最广,发展前景最好的领域之一。要想学好电子技术,一是需要自身爱好:有兴趣才有动力,也才能主动、轻松地学习好;二是要有好的启蒙老师或师傅:教你学习方法,教你学...
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可编程逻辑器件在空间电子学设备中的应用
介绍了几种常用于空间电子学设备的可编程逻辑器件(FPGA),基于空间环境特点,分析了可编程逻辑器件在空间电子学设备中应用时需要考虑的特殊问题.针对空间试验中经常出现的单粒子翻转事件(SEU),介绍了一种基于冗余(FTMR)的FPGA设计方法,并通过实例给出了这种方法对系统性能和设计规模的影响.
电子学论文
1 照明节能产品和技术研究 学号: 1430140189 班级:周四晚上班 姓名:邓颖 摘要:根据以前生活中的照明产品和现在生活中各种各样的节能照明产品从规格原材 料使用方式消耗能量和销售市场等多个方面进行对比性分析,并着重分析照明节能产 品 LED的发展过程以及在各个国家的技术应用,和发展中遇到的问题及发展前景。 关键词:节能照明 LED 的发展 改革创新 正文:“世界要是没有光,等于人没有眼睛,航海没有罗盘。”同自然光相似,世界 上的另一种光——灯光,也在人们的生活中扮演着不可替代的重要角色。如何在不同 的环境中不同的灯光笼罩下生活工作的更加舒适、 放心也渐渐成为更多人关注的问题, 照明产品的选择和使用也成为人们茶余饭后谈论的话题之一。 过去人民生活水平低,人们对物质生活的要求不高,家里使用的照明灯大多为白炽 灯。白炽灯是将电能转化为光能以提供照明的设备。其工作原理是:电首先被
导读
近日,美国加州大学河滨分校工程师们报告了几项有关“自旋电子”器件的研究新进展,有望帮助我们开启新一代计算和数据存储技术。
背景
今天,让我们还是从自旋电子学说起。正如最近几篇文章中所介绍的,自旋电子器件有望解决现代电子计算机的主要问题:耗费巨大的电力;制造热量,而这些热量又需要更多的能量来冷却。作为对比,自旋电子器件产生很少的热量,使用相对来说非常少的电量。自旋电子计算机在内存中保持数据所需的能量几乎为零。它们也可以瞬间启动,并且具有比当今计算机强大许多倍的潜力。
电子器件依赖于电荷产生二进制0或者1的计算机数据,然而自旋电子器件依赖于电子的另外一个特性:自旋。自旋电子材料通过“上”或者“下”的电子自旋方向(就像条形磁铁的南北极一样)将二进制数据记录于材料中。
(图片来源:参考资料【5】)
目前,开发自旋电子器件的主要障碍之一就是:在自旋电子材料中,生成和检测极度微小的电子自旋信号。
创新
近日,美国加州大学河滨分校工程师们报告了几项有关“自旋电子”器件的研究新进展,将帮助我们通向新一代计算和数据存储技术。
技术
他们开发出检测低成本金属和硅组成的自旋电子元件产生信号的新方法,从而克服了自旋电子学广泛应用的主要障碍。之前,这样的设备主要基于复杂结构开发,这些结构使用稀有且昂贵的金属例如铂。研究团队由机械工程系助理教授 Sandeep Kumar 领导。
在一篇发表于科学杂志《应用物理快报》(Applied Physics Letters)的论文中,Kumar 及其同事们报告了一种在简单的两层三明治般的硅和镍铁导磁合金(Permalloy)中,检测自旋电流的高效技术。所有这三个组件都是廉价和充裕的,这为自旋电子器件的商用奠定了基础。它们也可以在室温下工作。这些层广泛应用于称为“溅射法”(sputtering)的电子制造工艺中。论文的合著者是研究生 Ravindra Bhardwaj 和 Paul Lou。
(图片来源:参考资料【2】)
在实验中,研究人员加热镍铁导磁合金-硅双层三明治的一侧制造出温度梯度,从而在双层中产生一个电压。这个电压是由一种称为“自旋-塞贝克效应”的现象引起的。工程师们发现,因为另外一个称为“逆自旋-霍尔效应”的现象,他们能在双层中检测到生成的“自旋电流”。
(图片来源:加州大学河滨分校)
研究人员表示,他们的研究发现将应用于计算机存储器中的高效磁开关,并且“这些科学突破将促进”此类装置的开发。
在其他两篇科学论文中,研究人员演示了他们将在硅中生成自旋电子材料的关键特性,也称为“反铁磁性”。正如笔者在《存储技术最新突破:采用超高速激光控制磁性切换!》一文中所介绍的,反铁磁性是指:磁矩反平行交错有序排列,但不表现为宏观强的净磁矩,表现为一种磁有序状态。与铁磁性一样,其微小磁矩在磁畴内排列整齐,所不同的是,在这些材料中,反平行排列相互对立。然而,这些“磁矩”是由于原子中的电子自旋引起的,它对于自旋电子学中的材料应用来说非常重要。
在两篇论文中,Kumar 和 Lou 报告了他们在两种类型的硅(N型和P型)中检测到了反铁磁性,这两种类型的硅在晶体管和其他电子组件中使用。N型半导体硅中掺杂了使它具有大量带负电荷电子的物质,而P型硅中掺杂了高浓度的带正电荷的“空穴”。在计算机存储器和其他电子器件中,两种类型硅的结合实现了晶体管等器件的电流开关。
在一篇发表于《磁学和磁性材料》(Magnetism and Magnetic Materials)杂志的论文中,Lou 和 Kumar 报告了他们在N型硅中,检测到了自旋霍尔效应和反铁磁性。他们的实验使用了钯、铁镍合金、氧化锰和N型硅组成的多层薄膜。并且在科学杂志《 physica status solidi》上发表的第二篇论文中,他们报告了P型硅自旋驱动的反铁磁性,以及硅在金属和绝缘体之间的特性转变。这些实验使用了类似于N型硅中使用的薄膜。
价值
更广泛地说,研究人员总结道,“这些研究成果将无处不在的硅,带到了自旋电子学研究的前沿,并且为节能的硅自旋电子学和硅热激发自旋电子学(spin caloritronics)器件奠定了基础。” 研究人员称,这些研究成果为通往商用的自旋电子学器件开辟了一条重要途径,因为硅是廉价的,并可以使用长期应用于电子器件的成熟技术生产。
研究人员在论文中写道:“观察到的新兴反铁磁性行为将为硅自旋电子学奠定基础,并且将改变每个领域,其中包括硅薄膜。这些实验也呈现了使用简单的半导体电子物理,对于磁行为进行潜在的电气控制。观察到的电阻大改变和掺杂相变依赖物,将促进反铁磁性和相变自旋电子学器件开发。”
未来
在更进一步的研究中,Kumar 及其团队正在开发在材料中开关自旋电流的技术,最终目标是创造出自旋晶体管。他们也正在致力于制造出更大、更高电压的自旋电子芯片。Kumar 表示,他们的研究成果将是极低功耗的小型发射器和传感器,以及节能的数据存储和计算机存储器。
关键字
存储技术、磁性、自旋电子学
参考资料
【1】https://ucrtoday.ucr.edu/51305/spintronics
【2】Ravindra G. Bhardwaj, Paul C. Lou, Sandeep Kumar. Spin Seebeck effect and thermal spin galvanic effect in Ni80Fe20/p-Si bilayers. Applied Physics Letters, 2018; 112 (4): 042404 DOI: 10.1063/1.5003008
【3】Paul C. Lou, Sandeep Kumar. Spin-Driven Emergent Antiferromagnetism and Metal-Insulator Transition in Nanoscale p-Si. physica status solidi (b), 2017; 1700545 DOI: 10.1002/pssb.201700545
【4】Paul C. Lou, Sandeep Kumar. Spin-Hall effect and emergent antiferromagnetic phase transition in n-Si. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018; 452: 129 DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.12.045
【5】S. Y. Bodnar et al., Writing and reading antiferromagnetic Mn2Au by Néel spin-orbit torques and large anisotropic magnetoresistance, Nature Communications 9, 24 January 2018, DOI:10.1038/s41467-017-02780-x
《界面应力及内聚力模型在界面力学的应用》是青年科技创新人才学术文库中的其中一本。全书共分7章,内容包括:梁理论的界面受力分析,Bogy模型的界面应力分析,多项式内聚力模型及损伤演化,指数内聚力模型的分析,内聚力模型在ABAQUS中的VUMAT子程序开发,内聚力模型子程序及其验证等。
电子自旋学 (Spintronics),也称磁电子学。它利用电子的自旋和磁矩,使固体器件中除电荷输运外,还加入电子的自旋和磁矩。电子自旋是一门新兴的学科和技术。应用于电子自旋学的材料,需要具有较高的电子极化率,以及较长的电子自旋弛豫时间。许多新材料,例如磁性半导体、半金属等,近年来被广泛的研究,以求能有符合自旋电子元件应用所需要的性质。
自旋电子中的自旋随机储存器的应用前景并不局限于传统的计算机存储体系,还能够扩展到其他诸多领域,甚至有望成为通用存储器。在发动机控制模块采用磁随机储存器以保证数据在断电情况下不丢失。鉴于磁性存储具有抗辐射的优势,在A350的飞行控制系统中采用MRAM以防止射线造成数据破坏。
此外,电子自旋在物联网和大数据等新兴应用领域,泛在的传感器终端需要搜集数据,为节省存储功耗,使用非易失性存储器势在必行,基于电子自旋学原理的自旋随机储存器以其相对优良的性能成为热门的候选器件。
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