二维材料和界面可以将自旋电流转换为充电电流漩涡

由于 RIKEN 物理学家预测的一种用于在电流涡流和自旋电流之间进行转换的新机制，节能自旋电子器件更接近实现。除了负电荷外，电子还具有称为自旋的特性，它可以采用两个值之一：向上或向下。正如电子的电荷可用于电子学中的信息处理一样，自旋流也可用于新兴的自旋电子学领域。自旋电子学具有比传统电子学更节能的优势，因为与电流不同，自旋电流不会产生焦耳热。

将电子电流转换为自旋电流(反之亦然)的有效机制对于开发自旋电子器件至关重要。

现在，通过使用数值模拟，来自 RIKEN 紧急物质科学中心的 Sadamichi Maekawa 和 Seiji Yunoki 与他们的同事一起证明了自旋电流转换为充电电流的旋转涡流(图 1)。

该团队想到了利用 Rashba 效应的想法——一种在 1959 年发现的不寻常现象。它发生在原子结构不再对称的某些表面或两种材料之间的界面上。Rashba 效应导致电子的自旋和轨道运动相互作用。

“自旋-轨道耦合是一种相对论效应，它混合了电子的自旋和轨道运动，”前川解释说。“Rashba 耦合在氧化物界面结构和一些二维材料中很重要，它会产生各种对自旋电子学有用的新型拓扑现象。”

Maekawa 和他的同事使用大规模计算机模拟来模拟当自旋电流通过点大小的电接触注入 Rashba 材料时会发生什么。该团队考虑了一种自旋方向垂直于 Rashba 材料的布置，他们的模拟表明这会产生充电电流的旋转流动。这是角动量必须始终守恒的基本定律的结果，因此结点将注入的自旋角动量主要转换为当前涡旋的轨道角动量。

“在电子学中，电子的动力学就是一切：扩散流和流体动力学或湍流运动，”前川说。然而，在自旋电子学中，到目前为止只考虑了电子的扩散流。“随着电荷电流涡流的产生，我们的工作展示了流体动力学自旋电子学的可能性，它扩展了自旋电子学以包括电子的流体动力学机制。”

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