科學家為超高速低能耗晶片鋪路

美國德拉瓦大學研究團隊近日在《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表最新理論成果，指出微小的磁波「磁子」（magnons）能在材料內部產生可偵測的電信號，為結合磁性與電性的新型運算架構奠定基礎，有望打造更高速且低能耗的次世代晶片。

磁性源自電子的自旋，當自旋方向集體排列時便形成磁場。研究負責人、多提教授（Matthew Doty）形容，自旋之間宛如以彈簧相連，一個自旋偏轉便會牽動整個系統，使磁子在材料中傳遞訊號。相較於現行以電子移動傳遞資訊、容易產生熱能耗散的晶片，磁子利用自旋方向變化即可運算，能量損失更低。

團隊聚焦於反鐵磁材料，其自旋呈上下交替排列，可讓磁子以兆赫茲頻率移動，比一般鐵磁材料更快千倍，但其相反自旋也讓磁子的偵測與控制極為困難。博士後研究員杜光（D. Quang To）利用電腦模擬時意外發現，磁子的移動竟能產生電極化訊號，提供全新檢測途徑。

研究亦探討溫度差對磁子運動的影響，以及磁子的軌道角動量如何左右其傳輸特性。團隊目前正進行實驗驗證，並計畫研究磁子與光的互動，以利用光的軌道角動量引導磁子運動，進一步推動超高速、節能運算技術的實現。（編輯部）