表1：自旋霍尔角，电导率，自旋霍尔电导率。下排的数字是本研究中所取得的结果。值得注意的是，下方所示的自旋霍尔电导率比前一个记录大两个数量级。来源：Pham Nam Hai
科学家们已经开发出了世界上
性能最好的纯自旋电流源，这种电流源由铋锑（BiSb）合金制成，这或许会成为工业应用最佳候选拓扑绝缘体。这一成就在自旋轨道扭矩磁阻随机存取存储器（SOT-MRAM）器件的发展中迈出了一大步，有可能取代现有的存储技术。
由东京工业大学电气与电子工程系（东京科技）Pham Nam Hai领导的一个研究小组开发了BiSb薄膜作为拓扑绝缘体，
这种材料同时实现了巨大的自旋霍尔效应和高导电性。
他们的研究发表在“Nature
Materials”《自然材料》杂志上，这项成果可以加速开发高密度、超低功耗和超快的非易失性物联网（IOT）存储器，目前工业和家庭应用对这种存储器需求越来越大。
BiSb薄膜在室温下实现了约52的自旋霍尔角，电导率为2.5×105，自旋霍尔电导率为1.3×107。（见表1的性能摘要）。令人惊讶的是，自旋霍尔电导率比2014年报道的硒化铋（Bi2Se3）大两个数量级。
使SOT-MRAM变得可能
到目前为止，为下一代SOT-MRAM器件寻找合适的自旋霍尔材料面临着两个难题：
第一，重金属如铂、钽和钨具有高的导电性，但自旋霍尔效应小。第二，迄今为止研究的拓扑绝缘体具有较大的自旋霍尔效应，但电导率低。
BiSb薄膜在室温下可以满足这两种要求。这为实际使用提供了真正的可能性，基于BiSb的SOT-MRAM，性能可以优于现有的自旋转移扭矩（STT）MRAM技术。
“当SOT-MRAM比STT-MRAM快一个数量级时，开关能量可以减少至少两个数量级，”Pham说。此外，写入速度可以提高20倍，并且比特密度增加十倍。
尽管使用重金属，但是最近IMEC在实验中证明，这种节能的SOT MRAMs切实可行，IMEC国际研发和创新中心总部设在比利时Leuven。
如果BISB基于SOB-MRAM可以规模化，那么基于重金属的同类材料也可以大大改进，这种新技术甚至与当今的主流技术，动态随机存取存储器（DRAM）进行一番竞争。
被人忽视的高性能材料
BiSb由于其较小的带隙和复杂的表面状态，导致研究界对其忽视。然而，Pham说：“从电气工程的角度来看，BiSb是非常有吸引力的，因为它的高载流子迁移率，这使得它更容易在材料中驱动电流。”
“我们知道BiSb具有许多拓扑表面状态，这意味着我们可以获得更强的自旋霍尔效应。这就是我们两年前开始研究这种材料的原因。”
研究人员使用高精度分子束外延（MBE）方法来生长薄膜。最终，他们发现了一种特殊的表面取向，称为BiSb（012），这被认为是大自旋霍尔效应背后的关键因素。Pham指出BiSb（012）表面上狄拉克锥的数目是另一个重要的因素，他的团队现在正在研究。
未来的挑战
Pham目前正在与业界合作，测试和扩展基于BiSb的SOT-MRAM。
“
第一步是达到大规模制造，”他说。我们的目标是工业化生产仍然可以实现强大的自旋霍尔效应，即使是使用工业技术如溅射法来制造BiSb薄膜。
“拓扑绝缘体出现至今已有十多年的历史，但我们尚不清楚这些材料是否能在室温下使用。我们的研究将拓扑绝缘体推向了一个新的高度，在那里他们对超低功耗的SOT-MRAM有很大的帮助。
文章来自sciencedaily网站，原文题目为A colossal breakthrough for topological spintronics
BiSb expands the potential of topological insulators for ultra-low-power electronic devices，由材料科技在线汇总整理。
