自旋电子器件(一种利用微观磁性与电流相结合的器件)可能使计算技术的速度与传统电子产品一样快，但能效却高得多。随着此类器件的开发和研究，一个尚未解决的重要问题是器件的运行如何受到加热的影响。

伊利诺伊大学香槟分校的研究人员在《APLMaterials》杂志上报道了一种新的实验技术，可以直接测量自旋电子器件中的加热情况，从而可以直接与其他效应进行比较。研究人员表示，这种技术可用于选择磁性行为受加热影响最小的自旋电子材料，从而制造出速度更快的器件。

“自旋电子器件依赖于利用电流改变磁化的能力，但对此有两种可能的解释：电磁与电流的相互作用，或电流引起的温度升高，”项目负责人、伊利诺斯大学材料科学与工程教授阿克塞尔·霍夫曼(AxelHoffmann)表示。“如果你想优化设备的功能，你必须了解底层物理原理。这就是我们的方法帮助我们做到的。”

与使用电信号存储信息和执行计算的电子设备不同，自旋电子学利用电子的基本特性——自旋，从而产生微观磁性行为。由于这些设备的操作具有磁性，因此它们有可能比电子设备消耗更少的能量。甚至有人提出，由快速电子设备控制的自旋电子学将保持节能，同时与传统计算机的速度相匹配。“这就像是两全其美，”霍夫曼说。

挑战在于寻找适合此类设备的材料。反铁磁体因其相反自旋的周期性排列和对邻近设备的有限敏感性而受到关注。要将这些材料用于存储和计算，必须用电流控制自旋结构。这样做所需的电流非常大，以至于设备温度上升到热效应除了电磁效应之外还影响自旋结构的程度。

霍夫曼说：“关于电流是否直接导致自旋变化，还是由此产生的加热起主导作用，一直存在争议。如果是电流驱动效应，那么很容易使效应非常快。如果是热驱动效应，那么热导和热弛豫就很重要，它们可能会限制设备的操作速度。因此，设备的具体功能取决于物理原理。”

过去，人们一直试图阐明电流和温度驱动效应的重要性，但由于无法直接测量小型器件的加热效应，这一努力受到了阻碍。霍夫曼团队的博士后研究员Myoung-WooYoo展示了一种实验方法，该方法可以根据器件如何加热具有不同热导率的基板来推断热效应。

“我们在厚度不同的二氧化硅基底上制备了反铁磁样品，”Yoo说道。“基底的导热能力会随着厚度的增加而下降，这意味着当施加相同电流时，较厚的样品上的反铁磁体温度会更高。如果设备加热对于自旋结构变化很重要，那么不同基底上的设备之间就会存在差异。”

研究人员发现，加热对他们研究的反铁磁体Mn3Sn有显著影响。然而，他们指出，自旋电子学中还有许多其他反铁磁体正在考虑中，这种技术提供了一个框架，可以系统地比较加热和电流效应的作用。

Yoo表示：“我们现在有一套完善的策略来评估电加热对自旋电子器件的影响。此外，从一般意义上讲，这非常容易实现，因此可以应用于任何系统，包括标准电子设备。这种方法可用于优化任何类型的微型设备的功能。”

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