物联网(IoT)催生出了一个物物相连，所有设备都搭载数据处理和联机能力的庞大网络，但如何让电子设备以最少的能源提供强大运算效能？一项科学研究可望为未来的电子技术发展奠定基础，美国德拉瓦大学(University of Delaware)的科学家们证实了过去仅存在于科学理论中，迄今从未确切证实的由电子产生的磁场。

德拉瓦大学物理暨天文学教授John Xiao的自旋电子研究室（图：UDaily）

该研究的领导人是德拉瓦大学物理暨天文学教授John Xiao。半导体是目前电子世界中最关键的操作组件，它搭载电子电荷，但并不具备次原子粒子的磁性或自旋特性。而在德拉瓦大学的自旋电子学暨生物检测中心，Xiao和他的团队正试图揭露这些属性。

Xiao指出，电子在磁场中将会处于自旋向上(spin up)或自旋向下(spin down)态，与计算机用于编码和处理数据的0与1二进制状态相关联。其中一个自旋态与磁场相符，另一个则相反。一个自旋电子装置会需要比自旋向上或自旋向下更多的电子数。而在这个全新的领域中，下一个主要目标是控制磁化方向。

过去几年来，科学家们已经成功地在以相反方向进行反向自旋移动的电子中产生纯自旋电流。这是藉由让电流通过非磁性的重金属如铂、钨和钽来达成的。然而，在双层的重金属和铁磁材料如如铁或钴之中，这种纯自旋电流会扩散到铁磁材料中。Xiao和他的团队已经在这种情况发生时检测到磁场，可用来切换材料的磁化。

该磁场被限制在铁磁材料内，不像传统磁场是由磁铁产生且难以屏蔽。Xiao表示，这项发现对高度整合的电子设计非常重要，因为像磁性随机存取内存要在每个单元中屏蔽磁场是非常艰巨的任务。

「先前该磁场只存在于预测中，从未被实验证实。但我们证明了它的存在，」Xiao说。「我们现在有了产生磁场的新方法，可以控制奈米磁铁(nanomagnet)的方向，而且还有新的量测技术可用来表征磁场。」

Xiao的研究已获得美国能源署和美国国家科学基金会的资助。他的研究成员还包括研究助理Xin Fan、研究生Jun Wu和Yunpeng Chen、德拉瓦大学的本科生Matthew Jerry，以及中国电子科技大学的Huaiwu Zhang。