电感器进入量子力学的世界，实现电感器微型化前景乐观

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被称为电感器的电子设备很难小型化，因为它们的效率与尺寸成正比。基于这一方法，量子力学可以克服许多潜在的问题。

电路的基本组成部分之一是电感器，它提供电感（反对电流变化）。传统电感器由绕在中心磁心上的线圈组成。不幸的是，由于这种器件的电感与它们的横截面积成正比，所以很难在保持相当高的电感的同时使它们小型化。Yokouchi等人在《自然》杂志上报道了一种量子机械电感器，称为涌现电感器，它利用电流驱动动力学产生的电场来观察磁铁中复杂的磁矩（自旋）结构。值得注意的是，这种器件的电感与面积成反比，不需要线圈或磁芯，这对于实际应用来说是非常理想的。

涌现电磁学是指用量子力学中称为Berry相的概念来描述所产生的电和磁通量的电磁学。显示出电磁现象的物理系统包括具有非共线自旋结构的磁性系统，其中磁化方向随自旋位置而变化。当电子沿着这些结构流动时，它们可以与自旋的局部排列强耦合，并获得Berry相。这个相位就充当了一个有效的电磁场，称为涌现场。

例如，当电子流经所谓的拓扑非共线自旋结构时，就会产生一个磁场，这种结构具有特殊的拓扑结构，使它们能够抵抗小的扭曲或扰动。在电压测量中，产生的磁场会产生一个额外的信号，称为霍尔测量，这是由一种称为拓扑霍尔效应的物理现象引起的。考虑到这种自旋结构的复杂性，这种电压信号为探索大范围材料中的拓扑磁状态提供了一种方便的方法。

相反，非共线自旋结构的动力学产生了一个出射电场。例如，当磁场驱动磁畴壁（磁性材料中具有不同磁化方向的磁畴之间的边界）运动时，就会产生这种磁场。

2019年，理论上证明了非共线自旋结构的电流驱动动力学也可以产生出射电场。更引人注目的是，据预测，这个磁场将产生一个与电流密度变化率成正比的电感。由于这种密度与器件的横截面积成反比，因此，与普通电感器中的情况形成鲜明对比的是，出现的电感会随着面积的减小而增大。

Yokouchi和他的同事们利用了一种由Gd3Ru4Al12（Gd，钆；Ru，Ru；Al，Al，Al）制成的微米级磁铁，它包含各种非共线自旋结构，如螺旋结构、锥形结构和扇形结构。他们之所以选择这种材料，是因为它具有弱的磁各向异性（磁特性的方向依赖性），也因为它的自旋结构具有短间距（空间周期性）。在弱磁各向异性下，自旋可以相对自由地运动，其产生的电感与螺距长度成反比。

作者利用一种称为锁定检测的技术研究了他们的感应器的出射电感。他们通过改变外加磁场的温度和强度来控制器件的自旋结构状态，并对不同的状态进行了测量。他们还改变了装置的长度、宽度和厚度，以确认再现性，并排除了观察到的信号是由外部因素（如接触电极的存在）引起的可能性。

最引人注目的是，Yokouchi等人观察到一个体积约为这种电感一百万分之一的装置，可以与传统电感器相媲美的一个大的出射电感（大约400毫微亨利）。通过改变器件的自旋结构状态，阐明了器件的出射电感与自旋结构的非共线性和动力学之间的对应关系。上述机制很好地解释了这种对应关系.

Yokouchi和同事们的工作之所以重要，有几个原因。首先，它为开发小型化高电感电感提供了一种可扩展的方法，可用于许多微型或纳米电子器件和集成电路。这种电感器在设计上也比传统电感器简单得多，因为不需要线圈和磁芯。其次，这项工作为构建高效的混合自旋电子电路和系统提供了令人兴奋的机会。第三，它证明了量子力学中的一个基本概念-Berry相位，可以在现实世界中得到应用。

然而，这类电感器的实际应用还需要进一步的突破。一个主要的挑战是开发在室温下工作的电感器，而不是在10开尔文的当前温度下工作。要克服这一局限性，就需要对潜在材料进行广泛的探索，特别是要找到一种能够在室温下稳定和操纵短间距非共线自旋结构的磁体。开发一个在集成电路中添加这些电感器的方案对于应用也是至关重要的。

Yokouchi等人在量子力学和现代电子学之间建立了一座鼓舞人心的桥梁的同时，也取得了一项关键性的发现，这项发现将引领未来电子设备、电路和系统的工程化。