射頻微波探測器是微波系統(tǒng)中的重要電子器件，在通訊、雷達、導航、遙感、電子工業(yè)、醫(yī)療、科學研究等方面具有廣泛應用。近年來，隨著通信技術的迅速發(fā)展，對未來微波探測器提出了更高的需求，如對微弱信號（μW以下）的高靈敏度檢測，以及功耗低和易于小型化、集成化。利用電子自旋特性而不是電子電荷屬性來構建微波探測器，有望解決上述挑戰(zhàn)。
近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所曾中明團隊與國內(nèi)外科學家合作在基于電子自旋特性的微波探測器件研究方面取得了新的進展。他們利用薄膜制備技術精確控制納米磁性薄膜的界面特性，巧妙地在“磁性自由層/隔離層/磁性固定層”三明治納米結構中使自由層的磁矩垂直于薄膜平面，而固定層的磁矩平行于薄膜平面（圖a）。由于兩磁性層的磁矩成近90度排列，極大地提高了自旋注入效率。該結構具有優(yōu)異的微波探測性能：在1 nW的微弱信號作用下，其探測靈敏度高達75,400 mVmW-1，是半導體Schottky 二極管探測器探測極限的20倍。同時，該器件體積是半導體微波探測器的1/50，易于集成。
此外，該器件可在零磁場下工作，消除了對外加磁場的依賴，簡化了器件結構，降低了功耗。該研究結果為設計新型高靈敏的納米微波器件提供了重要指導。相關研究成果發(fā)表在近期Nature Communications上（Nature Communications，2016, 7: 11259）。
該研究工作得到了科技部重大儀器專項和國家自然科學基金資助。
（a）器件結構及測試原理示意圖；（b）不同外加偏置電流作用下的微波響應曲線。
