雖然眾所周知電子既攜帶電荷又攜帶自旋，但現(xiàn)代電子設(shè)備中只有電荷部分被用作信息載體。然而，現(xiàn)代電子學的局限性和摩爾定律即將終結(jié)，重新點燃了人們對開發(fā)能夠利用電子自旋的“自旋電子學”設(shè)備的興趣。預(yù)計自旋電子計算設(shè)備的廣泛采用可以徹底改變類似于電子發(fā)明的信息技術(shù)。
自旋電子學的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是找到一種有效且靈敏的方法來電檢測電子自旋態(tài)。例如，在 1980 年代后期發(fā)現(xiàn)的巨磁阻 (GMR) 允許實現(xiàn)此類功能。在 GMR 中，根據(jù)鐵磁雙層的平行或反平行自旋配置，在磁場下電阻會發(fā)生很大變化。GMR的發(fā)現(xiàn)帶動了硬盤驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，這是技術(shù)上第一個量產(chǎn)的自旋電子器件。從那時起，其他相關(guān)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，包括在磁場存在下發(fā)生的巨磁阻 (CMR)，促進了我們對自旋和電荷自由度之間相互作用的理解，并為新興的自旋電子應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
在最新一期的《自然》雜志上，由韓國浦項科技大學基礎(chǔ)科學研究所(IBS)人工低維電子系統(tǒng)中心的 KIM Jun Sung 教授領(lǐng)導的研究小組( POSTECH，韓國)在磁性半導體 Mn3Si2Te6 中發(fā)現(xiàn)了一種新的磁傳輸現(xiàn)象。該小組發(fā)現(xiàn)，在旋轉(zhuǎn)磁場下，電阻變化的幅度可以達到十億倍。這種取決于磁場角度的前所未有的電阻變化被稱為巨角磁阻 (CAMR)。“與之前的磁傳輸現(xiàn)象不同，僅通過旋轉(zhuǎn)自旋方向而不改變它們的配置，就會引起電阻的巨大變化。
拓撲材料是一類新發(fā)現(xiàn)的材料，在自旋電子應(yīng)用中變得越來越重要。拓撲材料是指其電子結(jié)構(gòu)被描述為“扭曲”的材料。正如莫比烏斯帶不能在不從根本上改變其形式的情況下解開一樣，除非系統(tǒng)的對稱性發(fā)生變化，否則拓撲材料中的扭曲電子結(jié)構(gòu)將被保留。這種受拓撲保護的狀態(tài)可用于托管和控制自旋信息。隨著拓撲材料的最新發(fā)展，磁性和拓撲電子態(tài)共存的拓撲磁體得到了深入研究。這些拓撲磁體具有廣泛的潛在應(yīng)用價值，因為它們的電子結(jié)構(gòu)受到拓撲保護，但可以通過調(diào)節(jié)自旋配置或方向來改變。這種新型材料為耦合自旋和電荷自由度提供了新的機會，這對于自旋電子應(yīng)用非常有用。
2018年，研究團隊報道了在Nature Materials中發(fā)現(xiàn)了一種鐵磁半金屬Fe3GeTe2。發(fā)現(xiàn)這種材料具有獨特的節(jié)點線形帶交叉點，因此被歸類為拓撲磁體。這種拓撲磁體的一個獨特性質(zhì)是可以根據(jù)自旋方向在節(jié)點線狀態(tài)中解除簡并性。擴展這個想法，研究團隊專注于磁性半導體，它們在導帶或價帶中具有拓撲節(jié)點線狀態(tài)。同樣，節(jié)點線態(tài)的能帶簡并性對自旋方向很敏感，但在磁性半導體中，受自旋旋轉(zhuǎn)控制的能帶簡并性的提升可以將系統(tǒng)變成半導體或金屬。因此，可以通過自旋旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉充電電流，
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