自旋电子学是指利用微小的磁性特性与电流相结合的设备。这些设备有望以与传统电子设备相当的速度处理信息，但能耗显著降低。推动这些技术进步的一个关键问题是加热如何影响其性能。
伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员提出了一种突破性的实验方法，详细内容载于《APL材料》期刊。该技术能够直接测量自旋电子设备中的加热，便于与其他影响因素进行比较。研究人员表示，这种方法将有助于识别自旋电子材料，其磁响应不易受到热变化的影响，从而最终导致更高效的设备。
“自旋电子设备依赖于使用电流改变磁化的能力，但这可能有两个原因：与电流的电磁相互作用或电流引起的温度升高，”首席研究员、伊利诺伊州材料科学与工程教授阿克塞尔·霍夫曼解释道。“为了增强设备性能，我们需要掌握作用于其上的基础物理，这正是我们的方法所帮助澄清的。”
与传统电子设备利用电信号管理数据并执行计算不同，自旋电子学利用一种称为自旋的基本电子特性，导致微观的磁性行为。这些设备的能耗可比其电子对应物减少，归功于其磁性功能。一些专家甚至提出，快速电子驱动的自旋电子设备在保持能效的同时，可能提供传统计算机的速度。“这就像享受两个世界的优势，”霍夫曼指出。
寻找适合这些设备的材料已经证明是一个挑战。反铁磁体因其独特的相对自旋排列及对邻近影响的低敏感性而引起关注。为了在计算和存储应用中实际使用，需要用电流控制自旋结构。然而，进行这种操作所需的大电流可能导致设备温度上升，从而引入额外的热效应，影响自旋结构以及电磁影响。
“关于电流本身是否引起自旋变化，还是随之而来的加热主要负责，目前仍存在争论，”霍夫曼表示。“如果电流是主要驱动因素，实现快速响应相对简单。反之，如果效应是由热量驱动的，热导率和弛豫等因素可能限制设备的工作速度。因此，设备的确切功能取决于基础物理的作用。”
以往尝试调查电流与温度驱动影响的重要性时，由于直接测量小型设备中的加热效应的挑战，受到了限制。霍夫曼团队的博士后研究员闵宇对此开发了一种实验方法，通过观察设备如何加热不同热导率的基底来分析热效应。
“我们在不同厚度的二氧化硅基底上创建了反铁磁样品，”闵宇表示。“较厚的基底热导率较低，这意味着在相同电流下，这些样品上的反铁磁体会经历更高的温度。如果设备加热对自旋结构的变化贡献显著，我们预计在不同基底上的设备之间会看到差异。”
研究人员发现加热对反铁磁体Mn3Sn的影响显著，但承认还有许多其他适合自旋电子学的反铁磁材料。他们的方法为系统评估加热对电流效应的影响奠定了基础。
“我们现在有了一个明确的策略来评估电加热在自旋电子设备中的作用，”闵宇表示。“此外，这种方法具有广泛的适用性，意味着它可以用于多种系统，包括传统电子产品。这一方法可以增强任何微尺度设备的功能。”
