近日，杭州市北京航空航天大学国际创新研究院自旋芯片与技术全国重点实验室赵巍胜教授团队与巴黎萨克雷大学Albert Fert教授团队合作，在轨道电子学领域取得重要进展。团队提出了一种基于光诱导轨道流产生并发射太赫兹的新实验方法，在Ni/NM/MgO多层膜体系中发现了光诱导的超快轨道流，实验获得了轨道载流子速度和轨道退相干时间。此工作为下一代集成电路器件研制开辟了新方法。2024年3月6日，相关研究成果以“Orbitronics: light-induced orbital currents in Ni studied by terahertz emission experiments”为题在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。
近期的一些研究发现电流能够通过轨道霍尔效应或轨道Rashba-Edelstein效应形成轨道流，并能够对磁化产生转矩，即形成轨道矩。根据Onsager倒易关系，轨道霍尔效应或轨道Rashba-Edelstein效应的逆效应能够将轨道流转化为电荷流。研究团队通过太赫兹光谱的方法探测到Ni/NM/MgO多层膜中光诱导的轨道-电荷转换，通过分析Ni/Cu/MgO多层膜中Cu对太赫兹发射谱的影响，发现在Cu/MgO界面处轨道流通过逆轨道Rashba-Edelstein效应形成超快电荷流。
图1 MgO/NM/CoFeB与MgO/NM/Ni的太赫兹发射比较
图2 自旋/轨道-电荷转换概念图及Cu厚度对MgO/Cu/Ni的太赫兹发射的影响
北航许涌副教授、张帆副研究员、巴黎萨克雷大学Henri-Yves Jaffres教授是本论文的第一作者，北航赵巍胜教授、巴黎萨克雷大学Albert Fert教授为论文共同通讯作者。该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等支持。
近年来，北航自旋芯片与技术全国重点实验室致力于低功耗高速自旋电子器件的技术研发，在物理机制 [1]、材料制备 [2,3]、器件工艺 [4–7]等层面都取得了一系列进展，已经在《自然·电子》（Nature Electronics）、《自然·通讯》（Nature Communications）等国际顶级期刊上发表一系列高水平论文。
杭州市北航国际创新研究院自旋芯片与技术全国重点实验室位于杭州市余杭区的北航杭州国际校园。实验室瞄准集成电路国家重大战略需求，持续发挥原始创新策源地、高端人才蓄水池、科技成果孵化器的重要作用，有力服务高水平科技自立自强。
论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46405-6
参考文献
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