一组研究人员取得了重大突破，通过实现自旋电子器件的非易失性、大规模集成、低功耗、高速和高可靠性，可能会彻底改变下一代电子学。

他们的研究结果详细信息发表在2023年8月25日的《PhysicalReviewB》杂志上。

以磁性随机存取存储器(MRAM)为代表的自旋电子器件利用铁磁材料的磁化方向进行信息存储，并依靠自旋电流(自旋角动量的流动)来读写数据。

传统的半导体电子器件在实现这些品质方面面临着限制。

然而，三端自旋电子器件的出现，采用单独的电流路径来写入和读取信息，提供了一种减少写入错误和提高写入速度的解决方案。然而，减少信息写入期间的能耗(特别是磁化切换)的挑战仍然是一个关键问题。

减少信息写入过程中能耗的一种有前途的方法是利用自旋霍尔效应，其中自旋角动量(自旋电流)横向于电流流动。挑战在于识别表现出显着自旋霍尔效应的材料，这项任务因缺乏明确的指导方针而蒙上阴影。

“我们将注意力转向了一种独特的化合物，称为钴锡硫(Co3Sn2S2)，它在低于177K(-96°C)的低温下表现出铁磁性能，在室温下表现出顺磁性，”解释道Yong-ChangLau和TakeshiSeki均来自东北大学材料研究所(IMR)，也是该研究的合著者。“值得注意的是，Co3Sn2S2被归类为拓扑材料，由于其独特的电子结构，当它转变为铁磁态时，表现出显着的反常霍尔效应。”

Lau、Seki及其同事采用理论计算来探索铁磁和顺磁Co3Sn2S2的电子态，揭示电子掺杂增强了自旋霍尔效应。为了验证这一理论预测，合成了部分被镍(Ni)和铟(In)取代的Co3Sn2S2薄膜。这些实验表明，Co3Sn2S2表现出最显着的反常霍尔效应，而(Co2Ni)Sn2S2表现出最显着的自旋霍尔效应，与理论预测紧密一致。

Seki补充道：“我们发现了霍尔效应之间错综复杂的相关性，为利用现有文献作为指导来发现新的自旋霍尔材料提供了一条清晰的途径。”“这有望加速超低功耗自旋电子器件的开发，标志着迈向电子未来的关键一步。”