伍伦贡大学的一项研究加强了对材料的研究，这种材料可以实现超高速、超低能量的“自旋电子”电子产品，并且不会浪费导电造成的能量耗散。
自旋电子学是电子研究的一个新兴领域，其中电子的“自旋”(它们的固有角动量)除了电荷之外还被使用。
传统的电子和信息技术是基于电子的电荷，而“自旋电子学”这门新科学同时研究电子的自旋和电荷。由于有两倍的自由度可操作，自旋电子器件具有更有效的数据存储和信息传输的潜力。
自旋电子设备的最终目标是超高速和超低功耗电子设备。
这就要求:
- 快速、“无耗散”的电子传输——也就是说，它们在穿过材料时不应该耗散能量，这是传统电子学中的情况
- 只使用很小的外加能量来操纵电荷和自旋，因此可以实际控制
- 可以在室温下实现，也就是说，不局限于零下几百度的极冷温度。
为了满足这些要求，研究人员已经找到了消除带电粒子质量的方法，并使这些无质量的电荷完全电子自旋极化——即只有一个自旋方向。
最有希望的候选材料之一是被称为spin-gapless半导体，其中带电粒子可以完全自旋极化。
无自旋间隙半导体(sse)由卧龙岗大学的王晓林于2008年首次提出，被视为连接半导体和半金属的一类新型材料。王教授提出，对于线性和抛物能量动量色散，有四种不同类型的SGSs。
在这项最新研究中，王晓良强调了具有线性色散的SGSs的新物理，称为狄拉克型自旋无间隙半导体．这是无质量无耗散自旋电子学的理想平台。
但首先，要了解SGS的特殊之处，你可能需要了解一点能带理论，即解释材料传导的固态理论。
能带结构
金属(从左到右)与绝缘体或半导体(从左到右)价带(下)和传导带(上)之间的带隙(小间隙)，
在固体能带理论中，自然界中的材料可以根据其电子能带结构分为金属、绝缘体或半导体。
价带包含了物质中能量最高的电子。就在“上面”(即，更有能量)是传导带，这是空电子态的最低带。
在金属中，传导电子位于传导带中，因此电子(即电流)可以很容易地在金属中流动。在绝缘体中，两个带被一个大的间隙隔开，因此电子不能流动。在半导体中，例如构成传统集成电路和晶体管基础的硅，带之间的间隙较小，因此应用较小的阈值能量可以将电子升入传导带。这就是硅晶体管“开关”的基本原理。
在无自旋间隙半导体(SGS)中，导带和价带边缘接触，并且不需要阈值能量将电子从占据(价)态移动到空(导)态。这赋予了这些材料独特的特性:它们的能带结构对外部影响(如压力或磁场)极其敏感。对于Dirac型SGS，它们的电子迁移率比经典半导体高2到4个数量级
因为在SGS中激发电子只需要很少的能量，电荷浓度很容易“调节”。例如，这可以通过引入新元素(掺杂)或应用磁场或电场(门控)来实现。
自旋无间隙半导体
自旋无间隙半导体(SGSs)的概念由王晓林(Xiaolin Wang)在2008年发表在《科学》杂志上的一篇论文中首次提出物理评论快报．
它们的特性对外界刺激极其敏感——例如，它们的特性可以很容易地通过施加一个小的磁场或电场，或施加在材料上的机械应变而改变。
这种特性使SGSs成为一种令人兴奋的材料，在改进自旋电子学以及磁、光学、机械和化学传感器方面具有巨大潜力。
类狄拉克系统的带结构:自旋简并
系统(a)，拓扑的表面或边缘状态
绝缘体(b)， I型(c)和Weyl的自旋无间隙状态
半金属(d)。
王提出了新的物理性质Dirac-type自旋无间隙半导体——它适用于创造无质量、无耗散的电子流，并有可能实现超快、超低功率的自旋电子器件。
在dirac型SGSs中，当自旋-轨道耦合起作用时，自旋全极化导带和价带将打开一个缺口。结果，样品的内部变成了绝缘体，然而，电流可以在样品边缘无阻力地流动。
这种效应被称为量子反常效应(QAHE)，它只在磁掺杂拓扑绝缘体中实现。
Wang提出，除了迷人的全自旋极化外，SGSs和Dirac型SGSs是实现QAHE的非常有前途的新平台。本文还提出了新的自旋霍尔效应。
避免能量耗散
在硅基和其他传统半导体电路中，电子会分散缺陷和结构以耗散能量。在信息技术(It)服务器群和数据中心消耗的5%的全球电力中，大部分都是浪费的能源。
在新提出的材料中，狄拉克型SGSs，狄拉克色散允许电子的(有效)质量被消除。狄拉克型自旋无间隙半导体可以利用外加的外场或内部磁化分离出完全自旋极化的电荷，从而在样品边缘实现无耗散的电荷传输。
加紧寻找合适的人选
蜂窝状晶格中原子薄的氧化锰
在Wang的最新工作中，已经对一些狄拉克型SGS的潜在候选者进行了审查。然而，这些材料必须在实验上制备，这是具有挑战性的，因为它们是原子薄的材料。寻找合适的狄拉克SGSs材料是基于具有蜂窝晶格的原子薄材料。在最近的一篇论文中，Wang通过DFT计算验证了Dirac SGSs可能存在于具有蜂窝晶格或方形晶格的铁磁有序简单氧化物中，Wang提出了无质量、无耗散自旋电子学的两个关键选择标准:即它们是铁磁性的，并且它们具有合适的晶格来创建必要的带结构。
基于这些结果，这种状态似乎也存在于广泛的其他过渡金属或稀土氧化物的铁磁态中。
寻找无质量无耗散自旋电子学的狄拉克SGSs肯定会激发人们对寻找更多候选材料的兴趣，而且似乎很有可能在不久的将来我们会看到成功的、实验性的无质量无耗散自旋电子学
Wang的团队正在继续寻找dirac类型的SGSs，重点是3D化合物。与此同时，他的团队一直在制造真实的SGSs样品，并研究它们的奇异自旋和电荷特性，最终目标是利用量子反常霍尔效应(QAHE)实现无耗散电流流。
资助来自澳大利亚研究委员会(ARC)，通过ARC发现项目和ARC教授未来奖学金项目。这项工作发表在国家科学评论2017年6月。
小林王
王晓林教授领导FLEET的卧龙冈大学节点，并领导使能技术团队开发新型原子薄材料，支持FLEET的超低能量电子研究，在卧龙冈大学和莫纳什大学以及合作组织(清华大学、新加坡国立大学和ANSTO)管理新型2D材料的合成和表征。
他领导FLEET研究磁性拓扑绝缘体中的电荷和自旋量子效应，并与莫纳什大学、新南威尔士大学、澳大利亚国立大学和RMIT的FLEET研究人员联合研究制造高质量样品。