科学家将自旋耗散转化为能量，开启超低功耗AI芯片新时代

自旋电子学是一项利用电子的"自旋"特性来存储和控制信息的技术，因其功耗低于传统半导体且具有更强的非易失性，正被公认为下一代信息处理技术的关键基础，涵盖超低功耗存储器、神经形态芯片以及概率计算设备等领域。本研究具有重要意义，因为它提出了一种能显著提升这些自旋电子器件效能的新方法。

研究团队发现了一种新物理现象：磁性材料可在无外部刺激下自发切换内部磁化方向。磁性材料是通过改变内部磁化方向来存储信息或执行计算的下一代信息处理设备的核心元件。例如，当磁化方向向上时被识别为"1"，向下时被识别为"0"，从而实现数据存储或计算。

传统方法需施加强电流迫使电子自旋进入磁体来实现磁化方向翻转。但此过程会产生自旋损耗——部分自旋未能进入磁体而耗散，这被认为是导致能源浪费和效率低下的主要根源。

以往研究集中于材料设计和工艺改进以减少自旋损耗。但本团队发现自旋损耗实际会产生反向效应：它能改变磁化状态。这意味着自旋损耗可诱导磁性材料内部发生自发磁化翻转，如同气球因内部气体排出而产生反冲运动。

实验中团队证实了一个悖论现象：自旋损耗越大，磁化翻转所需功耗反而越低。该方法能效较传统技术提升高达三倍，且无需特殊材料或复杂器件结构即可实现，具备高度实用性和产业化潜力。

该技术采用与现有半导体工艺兼容的简洁器件结构，具备大规模生产的可行性，同时有利于微型化和高集成度。这使得其在人工智能半导体、超低功耗存储器、神经形态计算及概率计算设备等多元领域具有应用前景。尤其将加速面向人工智能和边缘计算的高效能设备开发。

"迄今为止自旋电子学领域仅聚焦于降低自旋损耗，而我们开创性地将损耗转化为驱动磁化翻转的能源，"韩国科学技术研究院(KIST)高级研究员韩东洙博士表示，"该技术可作为人工智能时代不可或缺的超低功耗计算技术基础，我们计划据此积极开发超微型低功耗人工智能半导体器件。"

本研究由韩国科学技术研究院(KIST)机构计划、全球顶尖研发项目(GTL24041-000)及韩国国家研究基金会基础研究项目(2020R1A2C2005932)共同资助，并获韩国科学技术信息通信部(部长裴均勋)支持。研究成果发表于国际期刊自然·通讯(影响因子15.7，JCR分区前7%)最新一期。