圖說：表格中的參數分別爲：θSH（自旋霍爾角）；σ（電導率）；σSH（自旋霍爾電導率）。Bi0.9Sb0.1的各項參數有了顯著提升，尤其是σ和σSH，較BixSe1-x幾乎提高了兩個數量級。

《自然-材料》雜誌7月30日刊發論文稱，日本東京工業大學的科學家們開發了迄今爲止世界上性能最好的純自旋電流源。這個由鉍銻（BiSb）合金製成的薄膜是首個具有工業應用價值的拓撲絕緣體。這一成果標誌着自旋軌道轉矩磁阻隨機存儲器(SOT-MRAM)的發展向前邁進了一大步。

東京工業大學電氣與電子工程系的研究人員範南海（音譯）領導的團隊，開發了一種可用於拓撲絕緣體，表現出強自旋霍爾效應和高導電性的BiSb薄膜。這將加速用於物聯網（IoT）的高密度、超低功耗和超高速非易失去性存儲器的開發，並在工業和家用的其他應用方面有潛在價值。

在室溫下，BiSb薄膜的自旋霍爾角爲52，電導率爲2.5×105，自旋霍爾電導率爲1.3×107（計量單位與對比如上圖所示）。值得注意的是，BiSb薄膜的自旋霍爾電導率較2014年《自然》（Nature）雜誌報道的鉍硒化合物(Bi2Se3)高出兩個數量級。

爲下一代SOT-MRAM設備尋找合適的自旋霍爾材料始終面臨着一個兩難的問題：鉑、鉭和鎢等金屬具有高電導性，但自旋霍爾效應較弱。拓撲絕緣子具有較強自旋霍爾效應，但電導率較低。BiSb薄膜在室溫下即可兼具強自旋霍爾效應和高電導率。因此，基於BiSb的SOT-MRAM設備或可實現對現有自旋轉移矩(STT)MRAM技術的超越。範說：“由於SOT-MRAM比STT-MRAM快一個數量級，因此轉換能量至少可以降低兩個數量級。此外，SOT-MRAM的書寫速度和比特密度還可分別提高20倍和10倍。”這種節能型SOT-MRAM的可行性已經在比利時微電子中心（IMEC）得到了實驗驗證。如按比擴展成功，SOT-MRAM甚至有望與主流的動態隨機存取存儲器(DRAM)競爭。

過去，BiSb由於其窄帶隙和複雜的表面狀態而被學界忽視。但範認爲，BiSb的高載流子遷移率對電氣工程領域極具吸引力。範等採用具有高精度的分子束外延法制備了BiSb薄膜並發現了一種名爲BiSb(012)的特殊表面取向——這被認爲是影響BiSb薄膜強自旋霍爾效應的關鍵因素。範指出，BiSb(012)表面的狄拉克錐數量是另一個重要影響因素。他的團隊正在對此進行研究。

目前，範等正與業界展開合作，測試並擴展基於BiSb的SOT-MRAM。

編譯：雷鑫宇 審稿：阿淼 責編：程建蘭

期刊來源：《自然-材料》（Nature Materials）

原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180731092023.htm

中文內容僅供參考，一切內容以英文原版爲準。