自旋電子學是一門利用電子自旋及其電荷的電子學分支，已成為下一代設備的有前途技術。自旋電子學的一個關鍵方面是操縱和傳輸角動量，角動量是表征物體的轉動慣性和旋轉的基本物理量。

在鐵磁材料中，角動量不僅與材料的宏觀旋轉有關，還與電子的微觀自旋和軌道運動有關。電子自旋的集體對齊在鐵磁材料中產生了凈磁矩，這是材料磁性質的基礎。

最近發表在《物理評論快報》的研究揭示了一種突破性的現象：電場誘導分離鐵磁體之間的角動量流。該現象的本質在于磁性材料中電子、磁振子和聲子之間復雜的相互作用。

電子具有固有的自旋角動量，類似于一個微小的旋轉球體。另一方面，磁振子是代表鐵磁體中電子自旋集體激發的準粒子。聲子是量化的晶格振動。在鐵磁體中，這些實體相互作用，使得角動量能夠在它們之間傳遞。

電場誘導這種傳遞的關鍵在于一個稱為自旋到電荷電流轉換的過程。通過向鐵磁體施加電流，我們可以操縱電子的自旋方向。這種操縱反過來又可以通過電子-磁振子耦合激發磁振子，然后這些激發的磁振子然后攜帶角動量跨越一定距離到另一個鐵磁體。通過稱為自旋-電荷電流轉換的過程，角動量被轉移回第二磁體中的電子，導致凈角動量流。

這個開創性實驗證明了這種現象跨越微米距離。他們利用了兩個平行的鐵磁條，由非磁性（抗磁性）襯底隔開。通過對一個條帶進行電刺激，他們觀察到可測量的角動量傳遞到另一個條帶。在第二條鐵磁體中，磁振子可以與電子相互作用，導致其中一些電子的自旋翻轉。這種對第二條磁體中電子自旋的操縱導致其電阻發生變化可以測量，這種變化作為傳遞的角動量的標志。

這一成就突顯了使用電流遠程操縱角動量的潛力，這一發現對自旋電子學具有重大意義。傳統上，自旋電流主要由電荷載體本身介導得。然而，新的方法為操縱自旋和角動量提供了替代途徑，有可能導致更有效和多功能的器件。以下是一些潛在的應用：

• 自旋軌道扭矩器件：這些器件利用自旋電流對磁體施加扭矩，實現磁化開關。電場誘導的角動量流可能導致更高效和可控的自旋軌道扭矩器件。

• 磁邏輯器件：磁振子具有波的性質，可用于邏輯運算。電控磁振子流的能力可能為新穎的磁邏輯電路鋪平道路。

• 基于自旋的信息處理：角動量的操縱為在自旋電子器件中編碼和處理信息提供了新的途徑。

然而，仍然存在重大挑戰。一個關鍵問題是理解角動量是如何跨越距離傳遞的。研究表明，聲子和偶極相互作用可能起作用，但需要進一步研究才能完整了解。此外，優化此過程的效率和可控性對于實際應用至關重要。

總而言之，電場誘導分離鐵磁體之間的角動量傳遞代表了自旋電子學中的重大突破。這一發現為操縱自旋和開發新穎自旋電子器件開辟了令人興奮的可能性。雖然仍然存在挑戰，但持續的研究有望利用這種現象創造下一代基于自旋的技術。