工作原理：

研究方向：

1.自旋電子學: 拓樸絕緣體與磁性絕緣體應用元件

        一個電子基本上有兩個特性：電荷及自旋 (spin) 。過去電子學主要利用電子的電荷來傳遞、儲存訊息。隨著物理學的進展，現在對自旋的暸解及掌握較精確，其技術已開始被應用到電子設備，包括磁碟的讀取利用GMR (Giant Magneto Resistance)大幅提高其儲存密度、利用 AMR (Anisotropic Magneto Resistance)、GMR、TMR (Tunnel Magneto Resistance) 來設計、製造手機及未來所有行動裝置必備的磁阻感應器 (magneto resistance sensor)。以上的電子裝置基本上在裝置內利用自旋來儲存、操作，裝置外仍轉換成電荷訊號傳輸。這是自旋電子學第一階段實現的應用。

        2006年，自旋電子學領域發現了一種新材料——拓樸絕緣體 (Topological Insulators, TI)，TI本身是絕緣體，但其表面容許導電之表面態 (surface state)。此導電態一個最有用的特性是電子的動量與自旋維持一定方向關係 (spin-momentum locking)，且不會因雜質散射而改變方向，這使得以自旋來傳遞訊息成為可行。

     在此基礎之下，本實驗室利用拓樸絕緣體與磁性絕緣體雙層結構作為研究目標。利用磁性絕緣層來控制拓樸絕緣體表面態之傳輸行為，進而達到元件應用之可能性。

 

2.自旋電子學: 自旋霍爾效應 (spin Hall effect, SHE) 與反轉自旋霍爾效應 (inverse spin Hall effect)     之元件開發

        自旋霍爾效應是近年來自旋電子學重要發現之一，自旋霍爾效應與一般霍爾效應十分相似，主要不同在於不需要外加磁場讓電荷在垂直電流方向的兩端累積。在不外加磁場的狀況下，電子在傳輸的過程中遇到較重的原子時，會產生較大的自旋-軌道耦合作用，且散射方向與自旋角動量有關，利用這個效應可以產生自旋極化率百分百的電流，許多自旋電子學原件都與自旋霍爾效應有關。而反轉自旋霍爾效應即為自旋霍爾效應的反效應，利用自旋電子流注入重原子的材料後透過相同的自旋軌道耦合產生電流。

本實驗室利用SHE 與 ISHE 來研究兩種不同的自旋電子學原件。

• 自旋幫浦 (Spin pumping)

自旋幫浦機制為外加一磁場及微波於鐵磁(Ferromagnetic)材料與順磁 (Paramagnetic)材料構成的雙層樣品，當外加磁場大小等於鐵磁材料的鐵磁共振場(Ferromagnetic resonance)大小，會使其吸收微波能量並注入自旋流至順磁材料，而自旋流因自旋軌道耦合作用產生反轉自旋霍爾效應，即可在順磁材料量到電壓訊號，即為反轉自旋霍爾效應電壓，可藉由觀察電壓訊號變化以進行更深一步的探討。

• 自旋霍爾磁阻 (Spin Hall magnetoresistance)

自旋霍爾磁阻是利用電流在重金屬中流動，因自旋-軌道作用，使自旋方向相反的電子分裂並分布在上、下表面，因自旋壓差而產生自旋電流。當HM與Ferromagnetic Metal (FM)作結合形成雙層結構，其磁阻會隨著自旋方向與磁阻夾角不同產生變化。