【#數理百寶袋 #自旋電子】​ ​ 數理對研編來說很難～但是在生活中，有手機，平板，電腦相伴，皆是電子學帶給我們科技的果實！有興趣的話一起來初探一下自旋電子學吧！​ ​ 💽 先來認識電子是什麼？​ ​ 電子（Electron）帶有負電的次原子粒子是世界上最神祕的粒子之一，通常標記為 e- 。​ ​ 電子是第一代輕子，輕子是構成物質的基本粒子之一，無法被分解為更小的粒子。它不只帶有負電荷，還帶有「自旋 1/2 」。​ ​ 這個奇異的特性，是整個物質世界的根基，也是當代磁學的關鍵字，促成磁性記憶體等重大科技突破。​ ​ 💽 等等，「自旋 1/2 」的電子是怎麼回事？難道電子會轉，而且永遠只轉半圈？​ ​ 電子自旋，指的是電子帶有的一種量子性質。簡單說，科學家觀察到了電子具有自旋角動量，而帶電的粒子只要旋轉，就會產生「磁場」。​ ​ 換句話說，每個電子不只是帶著負電荷的一個小粒子，還是一個「超級迷你磁鐵」(磁矩)🧲。​ ​ 不過，在一般巨觀的世界裡，物體具有角動量代表正在旋轉，但在量子世界裡，電子雖有角動量，卻不能理解成電子真的在轉。🤔 ​ ​ 「電子是個體積無限小的粒子，沒有體積，所以不可能轉動，自旋完全是量子力學的概念。」沒有體積，卻有角動量，量子世界就是這麼不可思議！（aka就是這麼的難懂👀）​ ​ 💽 量子世界的另一個不思議，在於所有東西都「量子化」​ ​ “量子化” 指其物理量的數值是特定的，而不是任意值。 例如：在（休息狀態的）原子中，電子的能量是可量子化的。── 節錄自wiki​ ​ 電子自旋也一樣 ── 電子自旋角動量值在磁場中只能是 1/2 或 -1/2 ，沒有其他可能的值，這就是「電子自旋 1/2 」的由來。​ ​ 💽 電子自旋引爆下一代記憶體革命！​ ​ 自旋電子學出現的年代，正是電腦蓬勃發展的年代。​ ​ 電腦裡負責長期儲存的硬碟，內部塗滿了磁性物質的碟片，也就是每個記憶單元都像是一個小磁鐵🧲一樣，以磁矩的方向來記錄 0 或 1 。因為磁矩的方向不會輕易消失，即使電腦關機、不通電了，也能儲存資料。​ ​ 自 1957 年第一個硬碟發明以來， 50 年內硬碟的儲存密度增加了 10 億倍。磁紀錄的密度愈來愈高🤯，使得製作硬碟或是讀寫資料，皆越來越困難。​ ​ 💪💪💪但是！有自旋電子學的研究，讓科學家在 1988 年，發現了「巨磁電阻效應」！讓硬碟磁紀錄的設計帶來了全新可能！🤩​ ​ 💽 「巨磁電阻效應」又是什麼？​ ​ 由於電子自旋有上、下兩個方向。​ ​ ⚡️ 如果今天電子通過的導體裡有 上↑、下↓ 兩種方向的磁場，兩種自旋的電子都會受到干擾，這時電阻就會很大。​ ​ ⚡️ 但如果導體裡只有一種方向（比如 上↑上↑）的磁場，其中一種自旋方向的電子就可順利通過，不受干擾，電阻就會變小。​ ​ 💽 而前面提到的全新可能 ── 硬碟磁紀錄的設計：​ ​ 其中一個重要的例子，便是德國物理學家 Peter Grünberg 利用巨磁阻效應研發了「自旋閥結構 」，改變了硬碟讀取頭的運作模式。（看不完的新名詞～）​ ​ 簡而言之，「自旋閥結構 」的好處就是 ── 只需要小小的磁場，就能產生明顯的電阻變化，使得讀取能精準正確，還能減少耗費的能量。​ ​ 除此之外，科學家也利用巨磁阻效應，開發了 ── 「磁阻式隨機存取記憶體」（MRAM），擁有非易失性 （關機斷電也不會流失資訊）、讀寫耗費的能量都少（省電）、處理速度快，磁紀錄密度又高的特性。​🤓wow~~~ ​ 💽 總結：自旋電子學是利用創新的方法，來操縱電子自旋自由度的科學，是一種新興技術。​ ​ 接下來的發展：像是如何用電流更快翻轉磁矩以完成讀寫，甚至以電子自旋流取代電流等等研究，未來的電腦科技，都可望世紀性的突破！😎 ​ - ​ 🌸恭喜看完的人最可愛🌸 -​ ​ 👉詳細全文：https://research.sinica.edu.tw/chien-chia-ling-spin-electron-hard-disk/​ ​ 👉 IG 點擊自介官網搜尋全文：#研之有物 #電磁學 #科技​ ​ 神奇的電子自旋❤️​ ​ -​ ​ #spin #electron #e- #電磁學 #自旋 #磁鐵 #電腦 #科技 #硬碟 #ram #電流 #量子 #原子 #academiasinica #research #數學 #物理 #好難好有趣