电子固有地携带自旋和轨道角动量(即，有助于理解粒子的旋转运动和行为的属性)。虽然一些物理学家和工程师一直在试图利用电子的自旋角动量来开发被称为自旋电子学的新技术，但这些粒子的轨道动量迄今为止很少被考虑。
目前，产生轨道电流(即轨道角动量的流动)仍然比产生自旋电流更具挑战性。尽管如此，成功利用电子轨道角动量的方法可能会为开发一种称为轨道电子的新型设备提供可能性。
庆应义塾大学和约翰内斯古腾堡大学的研究人员报告说，他们成功地从磁化动力学中产生了轨道电流，这种现象被称为轨道泵浦。他们的论文发表在《自然电子》杂志上，概述了一种很有前途的方法，可以让工程师开发利用电子轨道角动量的新技术。
庆应义塾大学副教授Kazuya Ando告诉Phys.org:“我们的工作受到了自旋电子学和轨道电子学正在进行的研究的启发，这是自旋电子学的轨道模拟。”
“自旋电子学通过探索自旋电流的物理学，即自旋角动量的流动，取得了进步。最近的研究强调了轨道电流(自旋电流的对应物)在固态器件中的关键作用。然而，产生轨道电流仍然是一个重大挑战。”
安藤和他的同事们最近的研究从自旋泵中获得灵感，自旋泵是一种公认的现象，可以让工程师产生自旋电流。他们研究的关键目标是实现这种现象的轨道对应，即轨道泵送。
“我们相信，展示轨道泵浦扩展了对轨道电子学的基本理解，并为研究和技术应用开辟了新的途径，”安藤说。
轨道泵浦本质上需要通过磁化动力学产生轨道电流(即，磁性材料被放置在磁铁附近时产生的磁偶极矩的密度)。为了进行他们的实验，安藤和他的同事们特别使用了由镍和钛制成的双层结构。
“通过在结构上施加射频磁场，我们激发了镍层中的磁化动力学，这反过来又通过轨道泵浦在钛层中产生了轨道电流，”安藤解释说。“我们利用反轨道霍尔效应检测到这种轨道电流，这种现象将轨道电流转化为电荷电流。”
通过对镍和钛的结构施加磁场，研究人员成功地演示了轨道泵浦。因此，他们采用的技术最终被证明在实验环境中产生轨道电流是有效的。
“在基于自旋电流的自旋电子学的发展中，自旋泵发挥了至关重要的作用，揭示了自旋电流产生的各种现象和功能，”安藤说。“同样，我们发现的轨道泵浦，即自旋泵浦的轨道对应体，有望成为基于轨道电流的新电子技术和物理学的基础。”
安藤和他的同事们获得的有希望的结果可能很快为旨在通过磁化产生轨道电流的新研究铺平道路。这些工作可能最终导致轨道电子设备的引入，这是迄今为止在很大程度上被忽视的一类电子设备。
“我们未来的研究将集中在进一步了解轨道电流的基本特性及其与磁化动力学的相互作用，”安藤补充说。
“我们还旨在澄清自旋电流和轨道电流的联合效应，以开发利用电子的自旋和轨道角动量的设备。通过这些努力，我们希望推动自旋电子学和轨道电子学领域的发展，为新的电子技术铺平道路。”
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