中國學者揭示了一項可顯著降低自旋電子器件能耗的物理機制。中國科學院寧波材料技術與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團隊發現，利用電子「軌道」屬性遵循的非傳統標度律，能化電子運動阻力為性能增益。相關研究成果在線發表於國際學術期刊《自然-材料學》。

　筆者獲悉，該研究成果為突破傳統自旋電子學的性能瓶頸、設計超低功耗器件提供了全新的物理原理和設計思路。

　寧波材料所研究員汪志明介紹，隨著人工智能與大數據的發展，傳統電子技術正逼近性能極限，「功耗牆」成為制約技術發展的瓶頸。為此，科學家們將目光投向了自旋電子學這一前沿領域。新一代自旋電子器件在理論上具備了高速、非易失等優勢，並被視為突破「功耗牆」的潛力技術。

　然而，影響自旋電子器件「自旋流」產生效率的兩個關鍵指標，即自旋霍爾角和自旋霍爾電導相互制約，傳統方法難以同時優化，導致器件總體寫入功耗過高。寧波材料所團隊取得關鍵突破，將目光轉向了電子的另一屬性——軌道。

　研究發現，當電子在材料中運動時，過去被認為是純粹「絆腳石」的晶體缺陷，在與電子的軌道角動量相互作用時，反而起到了「加油站」的作用。引入的缺陷越多，電子散射越頻繁，最終探測到的軌道效應反而越強。這揭示了一種全新的「反常標度律」，從實驗上證實了電子「軌道」在輸運過程中，遵循著與「自旋」截然不同的獨特物理規律。

　該研究結果表明，利用「反常標度律」，通過主動引入缺陷，能夠實現軌道霍爾角和軌道霍爾電導的同時增大，從而一舉突破傳統方法的限制，顯著降低器件的寫入電流和功耗。這一發現不僅為高效的軌道電子學器件提供了新的物理基礎，也為整個自旋電子學領域帶來了全新的設計思路。◇