最近的一項研究發現了”軌道霍爾效應”，這種現象可以顯著改善未來電腦設備的資料儲存。這項發現涉及電子軌道運動產生的電能，為自旋電子學領域提供了潛在的進步空間，將帶來更有效率、更快速、更可靠的磁性材料。

在一項新的突破中，研究人員利用一種新技術證實了一種先前未被發現的物理現象，可用於改進下一代電腦設備的資料儲存。

先進電腦和衛星中使用的自旋電子記憶體利用電子固有角動量產生的磁態進行資料儲存和擷取。根據電子的物理運動，電子自旋會產生磁流。這稱為”自旋霍爾效應”，是磁性材料在許多不同領域的關鍵應用，從低功耗電子裝置到基礎量子力學，不一而足。

最近，科學家發現電子還能透過第二種運動產生電流：軌道角動量，類似地球繞太陽公轉。這項研究的共同作者、俄亥俄州立大學物理學教授羅蘭-川上（Roland Kawakami）說，這就是所謂的”軌道霍爾效應”。

理論家預測，透過使用輕過渡金屬–自旋霍爾電流較弱的材料–軌道霍爾效應產生的磁電流將更容易被發現。但這項由物理學研究生伊戈爾-利亞林（Igor Lyalin）領導、發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜誌上的研究，展示了一種觀察這種效應的方法。

川上說：”幾十年來，人們不斷發現各種霍爾效應。但這些軌道電流確實是一個全新的概念。困難在於，它們與典型重金屬中的自旋電流混合在一起，很難將它們區分開來。”

相反，川上團隊透過將偏振光（這裡是雷射）反射到輕金屬鉻的各種薄膜上，來探測金屬原子軌道角動量的潛在積累，從而證明了軌道霍爾效應。經過近一年的艱苦測量，研究人員探測到了清晰的磁光訊號，顯示聚集在薄膜一端的電子表現出強烈的軌道霍爾效應特徵。

“這次成功的探測可能會對未來的自旋電子學應用產生巨大影響。”他說：”自旋電子學的概念已經存在了25 年左右，雖然它在各種記憶體應用中都非常出色，但現在人們正試圖走得更遠。現在，該領域最大的目標之一就是降低能耗，因為這是提高性能的限制因素。”

降低未來磁性材料良好運作所需的總能量，有可能達到更低功耗、更高速度和更高可靠性，並有助於延長技術的使用壽命。從長遠來看，利用軌道電流而不是自旋電流可能會節省時間和金錢。

研究人員指出，這項研究為進一步了解這些奇怪的物理現像是如何在其他種類的金屬中產生的開闢了道路，他們表示希望繼續深入研究自旋霍爾效應和軌道霍爾效應之間的複雜聯繫。

參考文獻：Igor Lyalin、Sanaz Alikhah、Marco Berritta、Peter M. Oppeneer 和Roland K. Kawakami 的《鉻中軌道霍爾效應的磁光探測》，2023 年10 月11 日，《物理評論快報》。

DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.156702

編譯來源：ScitechDaily