最新Nature：納米級螺旋磁體中的電磁感應現象實現電感器體積小約一百萬倍

【引言】?

?電感是現代電子器件中最基本的電路元件之一，其產生的電壓與輸入電流的時間導數成正比。電感在當代電子產品中無處不在，用于模擬電路和信息處理，在變壓器、濾波器和諧振器中得到廣泛使用。傳統的電感通常由螺旋線圈組成，并遵循法拉第電磁感應定律，傳統的電感或基于經典電磁學的感應線圈存儲磁能LI²/2（其中L為電感，I為輸入電流），并產生與d?I/d?t成比例的電壓。由于電感的大小與線圈的繞組數及其橫截面的乘積成正比，因此很難在保持L的同時減小器件的尺寸。在超導體中，另一種稱為動力學電感的電感機制，提供的電感與截面成反比。然而，在電子器件中使用超導體仍然是一項具有挑戰性的工作，可用電流密度受到超導基態臨界電流密度的限制。因此，探究電感器的新原理是非常可取的。

近日，日本理化學研究所新興材料研究中心（CEMS）Yoshinori Tokura教授團隊展示了量子力學起源的電感，它是由磁體中自旋螺旋的電流驅動動力學引起的電場產生的。在具有納米級自旋螺旋的微型矩形磁性器件中，觀察到典型的電感高達-400nH，其大小可與商用電感器相媲美，但體積卻小約一百萬倍。所觀察到的電感由于電流的非線性而增強，并且顯示出非單調的頻率依賴性，這兩者都是由自旋螺旋結構的電流驅動動力學引起的。與傳統的電感器相比，電感的大小隨著器件橫截面的減小而迅速增加。本文的發現可能為基于與量子力學幾何相位有關的新興電磁學的微型，簡單形狀的電感器鋪平道路。相關研究成果以“Emergent electromagnetic induction in a helical-spin magnet”為題于2020年10月7日在線發表于Nature上。

【圖文導讀】

圖一、電感的概念的提出

圖二、Gd₃Ru₄Al₁₂中的電感

圖三、電感的非線性圖四、電感與頻率的關系

文獻鏈接：“Emergent electromagnetic induction in a helical-spin magnet”(Nature，2020，10.1038/s41586-020-2775-x)

本文由材料人CYM編譯供稿。