現代科技產品的運算速度不斷提升，但如何在提高效能的同時降低耗電量，始終是半導體研究的重要課題。11月9日，香港科技大學公布一項最新科研成果：由化學系教授呂海鵬領導的團隊成功研發新型鈣鈦礦材料架構，令電子自旋極化在室溫下的保持時間延長約300倍。這項成果為未來開發自旋電子裝置及先進光電技術提供新的可能，相關研究已刊登於國際學術期刊《Nature Photonics》。
要理解這項技術，可以先從電子本身說起。傳統電子裝置主要利用電子所帶的電荷處理資訊，而自旋電子學則嘗試進一步利用電子的自旋狀態。然而，自旋資訊往往會在極短時間內流失，尤其在室溫環境下，相關狀態更難長時間維持。因此，不少能在低溫實驗環境中實現的技術，要轉化為日常可用的電子裝置，仍面臨不少工程挑戰。
科大團隊採用兩步晶種輔助結晶方法，構建具有不同阱寬的鈣鈦礦手性多量子阱結構。研究人員利用連續排列的量子阱及梯度能級，使自旋極化能夠在不同結構之間傳遞，同時減少過程中的資訊損失。實驗顯示，相關材料在室溫下可將自旋極化維持約5納秒。雖然5納秒對一般人而言極為短暫，但在微觀電子運作的時間尺度中，這已經是研究團隊報告的一項顯著改善。
研究亦發現，新材料具有圓偏振發光能力，並展現超過80%的自旋依賴電荷傳輸極化程度。團隊進一步利用相關特性，完成包括X射線觸發不對稱光聚合及圓偏振光探測在內的概念驗證。這些成果顯示，新材料除了在基礎物理研究方面具有價值，亦可能對未來光學探測、資訊處理及其他電子技術帶來啟發。
不過，研究仍處於材料開發及概念驗證階段，並不代表目前手機或電腦處理器的速度可以直接提升300倍。研究團隊提出的下一步技術潛力，仍需要經過器件整合、穩定性和實際應用等方面的研究才能確認。今次突破最值得關注之處，在於科學家成功延長室溫下難以維持的自旋極化時間，為日後相關電子器件的發展提供更多選擇。
