利用“散射增强轨道流”这一反常物理效应（左图），实现自旋电子器件功耗的大幅降低（右图）。（中国科学院宁波材料技术与工程研究所供图）

中国学者揭示了一项可显著降低自旋电子器件能耗的物理机制。中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队发现，利用电子“轨道”属性遵循的非传统标度律，能化电子运动阻力为性能增益。相关研究成果于北京时间8月15日在线发表于国际学术期刊《自然-材料学》。

记者获悉，该研究成果为突破传统自旋电子学的性能瓶颈、设计超低功耗器件提供了全新的物理原理和设计思路。

宁波材料所研究员汪志明介绍，随着人工智能与大数据的发展，传统电子技术正逼近性能极限，“功耗墙”成为制约技术发展的瓶颈。为此，科学家们将目光投向了自旋电子学这一前沿领域。新一代自旋电子器件在理论上具备了高速、非易失等优势，并被视为突破“功耗墙”的潜力技术。

然而，影响自旋电子器件“自旋流”产生效率的两个关键指标，即自旋霍尔角和自旋霍尔电导相互制约，传统方法难以同时优化，导致器件总体写入功耗过高。宁波材料所团队取得关键突破，将目光转向了电子的另一属性——轨道。

研究发现，当电子在材料中运动时，过去被认为是纯粹“绊脚石”的晶体缺陷，在与电子的轨道角动量相互作用时，反而起到了“加油站”的作用。引入的缺陷越多，电子散射越频繁，最终探测到的轨道效应反而越强。这揭示了一种全新的“反常标度律”，从实验上证实了电子“轨道”在输运过程中，遵循着与“自旋”截然不同的独特物理规律。

该研究结果表明，利用“反常标度律”，通过主动引入缺陷，能够实现轨道霍尔角和轨道霍尔电导的同时增大，从而一举突破传统方法的限制，显著降低器件的写入电流和功耗。这一发现不仅为高效的轨道电子学器件提供了新的物理基础，也为整个自旋电子学领域带来了全新的设计思路。