磁子型器件有望構(gòu)成繼基于電荷流的**大類半導(dǎo)體/微電子器件和基于自旋*化電流的第二大類自旋*化電子器件之后的基于磁子流的第三大類固態(tài)磁子型器件，有望為未來信息科學(xué)和技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展帶來更加廣闊的發(fā)展空間。

從物理角度上講，除了電子這一自旋的載體，其它中子、磁子等粒子或者準(zhǔn)粒子也可以攜帶自旋角動(dòng)量信息。特別是磁子(即磁激子或磁振子的簡(jiǎn)稱)，它可通過鐵磁、亞鐵磁或反鐵磁絕緣體中自旋晶格的元激發(fā)獲得，并且磁子是電中性的，可以用作理想的信息載體，它有如下優(yōu)點(diǎn)。**，磁子的波動(dòng)性提供了一些基于電子的傳統(tǒng)自旋器件無法實(shí)現(xiàn)的功能。磁子提供了沒有焦耳熱的長(zhǎng)距離自旋信息傳遞的新方法，可以避免電荷流產(chǎn)生的焦耳熱問題，從而*大地降低自旋器件的功耗。其次，磁子基于自旋波的相干特性和非線性的相互作用，可以產(chǎn)生更為新奇的物理現(xiàn)象和器件應(yīng)用。對(duì)其相位的調(diào)制為信息的操控提供了另外一個(gè)自由度，從而可以實(shí)現(xiàn)非布爾邏輯運(yùn)算功能。關(guān)于磁子自旋輸運(yùn)的研究方興未艾，甚至一個(gè)關(guān)于它的新興學(xué)科——磁子學(xué)(Magnonics)正在應(yīng)運(yùn)而生。磁子型器件除了利用磁子實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算外，還包括磁子自旋與電子自旋之間的相互轉(zhuǎn)換，從而可以實(shí)現(xiàn)新型磁子電路與電子電荷及電子自旋兩類傳統(tǒng)電路之間的相互集成和功能轉(zhuǎn)換；此外，磁子的量子特性也可以產(chǎn)生其它宏觀量子現(xiàn)象，例如自旋超流體和磁子約瑟夫森效應(yīng)等。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員韓秀峰課題組在國(guó)際上**研制出了可用于磁子信息調(diào)控的磁子閥(Magnon Valve)和磁子結(jié)(Magnon Junction)等磁子型元器件。**，他們采用能與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的磁控濺射技術(shù)等方法，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化探索，**具有室溫鐵磁性的釔鐵石榴石Y3sub>Fe5O12 (YIG)磁性絕緣體作為上下*、非磁性金屬Au作為中間層、在GGG襯底上異質(zhì)外延制備出了高質(zhì)量的核心結(jié)構(gòu)為磁性絕緣體(MI)/非磁性金屬中間層(NM)/磁性絕緣體的磁子閥(MI/NM/MI)，并且在該YIG/Au/YIG結(jié)構(gòu)中首次觀測(cè)到和發(fā)現(xiàn)了磁子閥效應(yīng)(Magnon Valve Effect)，即通過兩層磁性絕緣層的相對(duì)磁化方向取向可以調(diào)控磁子流的大小[Hao Wu and X. F. Han et al., Phys. Rev. Lett. 120 (2018) 097205, Editors’suggestion & Featured in Physics]。

為了構(gòu)造完全電絕緣和純磁子流調(diào)控的磁子閥元器件，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)選反鐵磁絕緣體NiO作為中間層，在國(guó)際上又**成功制備出了核心結(jié)構(gòu)為磁性絕緣層(MI)/反鐵磁絕緣層(AFI)/磁性絕緣層(MI)的新型磁子結(jié)(MI/AFI/MI)，并研究了YIG/NiO/YIG中磁子流的輸運(yùn)性質(zhì)。通過在磁子結(jié)兩側(cè)施加溫度梯度來激發(fā)MI中的磁子流，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)MI磁性絕緣體層中的磁子流將受到另一個(gè)MI層的影響，而且是通過反鐵磁絕緣體中磁子流的傳遞來實(shí)現(xiàn)的。通過在頂部重金屬Pt層測(cè)量穿過磁子結(jié)的磁子流，發(fā)現(xiàn)測(cè)量到的逆自旋霍爾(Inverse spin Hall effect, ISHE)電壓取決于兩個(gè)MI層的磁化相對(duì)取向，進(jìn)而可以產(chǎn)生類比過去磁性隧道結(jié)(Magnetic tunnel junction, MTJ)的新型磁子結(jié)(Magnon Junction)效應(yīng)。同時(shí)該新型磁子結(jié)可以實(shí)現(xiàn)比磁子閥更高的開關(guān)比。新型磁子結(jié)器件，因其對(duì)純磁子流的調(diào)控能力，有望成為磁子信息傳遞和邏輯運(yùn)算的核心元器件，可以為構(gòu)建純磁子電路奠定核心元器件基礎(chǔ)。

該項(xiàng)工作的*新相關(guān)研究進(jìn)展已發(fā)表在《物理評(píng)論B》上[C. Y. Guo, C. H. Wan & X. F. Han et al., Phys. Rev. B. 98 (2018) 134426]。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院有關(guān)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。