最新Nature：纳米级螺旋磁体中的电磁感应现象实现电感器体积小约一百万倍

【引言】

电感是现代电子器件中最基本的电路元件之一，其产生的电压与输入电流的时间导数成正比。电感在当代电子产品中无处不在，用于模拟电路和信息处理，在变压器、滤波器和谐振器中得到广泛使用。传统的电感通常由螺旋线圈组成，并遵循法拉第电磁感应定律，传统的电感或基于经典电磁学的感应线圈存储磁能LI²/2（其中L为电感，I为输入电流），并产生与d I/d t成比例的电压。由于电感的大小与线圈的绕组数及其横截面的乘积成正比，因此很难在保持L的同时减小器件的尺寸。在超导体中，另一种称为动力学电感的电感机制，提供的电感与截面成反比。然而，在电子器件中使用超导体仍然是一项具有挑战性的工作，可用电流密度受到超导基态临界电流密度的限制。因此，探究电感器的新原理是非常可取的。

近日，日本理化学研究所新兴材料研究中心（CEMS）Yoshinori Tokura教授团队展示了量子力学起源的电感，它是由磁体中自旋螺旋的电流驱动动力学引起的电场产生的。在具有纳米级自旋螺旋的微型矩形磁性器件中，观察到典型的电感高达-400nH，其大小可与商用电感器相媲美，但体积却小约一百万倍。所观察到的电感由于电流的非线性而增强，并且显示出非单调的频率依赖性，这两者都是由自旋螺旋结构的电流驱动动力学引起的。与传统的电感器相比，电感的大小随着器件横截面的减小而迅速增加。本文的发现可能为基于与量子力学几何相位有关的新兴电磁学的微型，简单形状的电感器铺平道路。相关研究成果以“Emergent electromagnetic induction in a helical-spin magnet”为题于2020年10月7日在线发表于Nature上。

【图文导读】

图一、电感的概念的提出

图二、Gd₃Ru₄Al₁₂中的电感

图三、电感的非线性图四、电感与频率的关系

文献链接：“Emergent electromagnetic induction in a helical-spin magnet”(Nature，2020，10.1038/s41586-020-2775-x)

本文由材料人CYM编译供稿。