电子产品在当今的信息社会中发挥着举足轻重的作用。然而，只有电子设备中的电子电荷在起作用，这使得能量耗散成为阻碍进一步发展的日益紧迫的问题。自旋电子学是一个跨学科领域，其中同时利用电子的电荷和自旋自由度，可以实现磁性的电控制，反之亦然，为超越当前基于半导体的电子产品的节能和高速信息技术铺平了道路。
虽然铁磁体主导了自旋电子学研究和应用，但具有非平凡自旋结构的反铁磁体(图1)引起了人们的兴趣。反铁磁自旋电子学具有构建高度集成和超快自旋电子学硬件的潜力。
一个研究团队最近强调了反铁磁自旋电子学的一系列关键成就(包括他们自己的贡献)，揭示了一个以反铁磁体的相干自旋动力学为特征的新兴前沿。详细信息于2023年3月20日作为评论文章发表在NatureMaterials上。
该团队由东北大学的JiahaoHan、ShunsukeFukami和HideoOhno组成;来自加州大学河滨分校的RanCheng;和麻省理工学院的LuqiaoLiu。
在反铁磁自旋电子学中，科学家们在静磁序的切换和读出方面付出了很多努力。但相干自旋动力学是探索自旋波特征以及将自旋电子学与量子和神经形态技术相结合的关键，直到最近才受到关注。“反铁磁体的相干自旋动力学表现出比铁磁体更有趣的特征[如图2所示]，”东北大学电气通信研究所(RIEC)的JSPS研究员JiahaoHan说。“通过利用这一独特的特性，该团队一直在追求突破，最终形成了名为相干反铁磁自旋电子学的新篇章。”
该团队全面分析了相干反铁磁自旋电子学的重要发现，包括自旋产生和传输、电驱动自旋旋转以及相关的超快自旋电子学效应。值得注意的是，该领域的几项重要初步研究都来自该团队的成员。程等。从相干自旋动力学和反铁磁体中的皮秒磁开关预测了自旋电流的产生。刘，韩等。证明了相位相关的反铁磁自旋激发的长距离传输。Fukami、Ohno等人。报道了非共线反铁磁体中电流诱导的手性自旋旋转。这些发现为未来的实际应用奠定了物理基础，例如超快非易失性存储器、超快波计算和太赫兹纳米振荡器。
在他们的文章中，该团队提出了几个研究方向，这些方向可能会促进正在进行的研究并推动相干反铁磁自旋电子学的未来。“尽管自旋电子学界为铁磁体付出了巨大努力，但反铁磁体仍有很多工作要做，”RIEC教授ShunsukeFukami说。“例如，我们需要合成具有更可控磁畴模式的反铁磁体，以增强自旋相干性。磁开关过程应该以时间分辨的方式可视化，以指导操作速度的优化。而新型量子效应的探索是非常适合开发无耗散通信和计算设备。”
该团队乐观地认为，通过物理学家、材料科学家和电气工程师的共同努力，快速发展的相干反铁磁自旋电子学领域有望加速对下一代信息技术的高效、超快和集成硬件的基础和实践研究。