隨著智能手機(jī)、筆記本電腦和計(jì)算機(jī)變得更小、更快，它們內(nèi)部控制電流和存儲信息的晶體管也變得越來越小，但是傳統(tǒng)的晶體管只能縮小這么多。

現(xiàn)在，史蒂文斯理工學(xué)院科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種新的原子薄磁性半導(dǎo)體，它將允許開發(fā)以完全不同方式工作的新晶體管；它們不僅可以利用電子的電荷，還可以利用其自旋的能量，為創(chuàng)造更小、更快的電子元件提供了另一種途徑。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)不再依賴于制造越來越小的電子元件，而是潛在地為推進(jìn)自旋電子學(xué)(Spin+Electronics)領(lǐng)域提供了一個(gè)關(guān)鍵平臺，這是一種全新的電子操作方式，也是標(biāo)準(zhǔn)電子設(shè)備繼續(xù)小型化的急需替代方案，其新研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》期刊上。除了消除小型化障礙，新的原子薄磁體還可以實(shí)現(xiàn)更快的處理速度，更少的能源消耗和更大的存儲容量。

領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的史蒂文斯理工學(xué)院機(jī)械工程教授EH Yang表示：二維鐵磁半導(dǎo)體是一種鐵磁性和半導(dǎo)體性并存的材料，由于材料在室溫下工作，它能很容易地將其與成熟的半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合。史蒂文斯大學(xué)物理學(xué)教授斯特凡·斯特勞夫(Stefan Strauf)說：這種材料的磁場強(qiáng)度為0.5mT；雖然如此弱的磁場強(qiáng)度不能拿起回形針，但它足夠大，可以改變電子的自旋，這可以用于量子比特的應(yīng)用。

摩爾定律表明，每兩年，安裝在計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管數(shù)量將翻一番，有效地使速度和能力翻一番。但是晶體管只有在它們應(yīng)該控制的電信號，不再服從命令之前才能變得很小。雖然大多數(shù)預(yù)測者預(yù)計(jì)摩爾定律將在2025年結(jié)束，但人們已經(jīng)研究了不依賴于物理比例的替代方法。操縱電子的自旋，而不是僅僅依靠電荷，可能會(huì)在未來提供一種解決方案。使用二維材料（兩個(gè)原子厚）建造一種新的磁性半導(dǎo)體，將能夠開發(fā)一種晶體管。

通過控制電子的自旋來控制電力，無論是向上還是向下，同時(shí)整個(gè)設(shè)備保持輕巧、靈活和透明。使用一種名為原位置換摻雜的方法，研究團(tuán)隊(duì)成功地合成了一種磁性半導(dǎo)體，通過這種方法，二硫化鉬晶體被孤立的鐵原子取代摻雜。在這個(gè)過程中，鐵原子啟動(dòng)了一些鉬原子，并在準(zhǔn)確位置取代了它們的位置，創(chuàng)造了一種透明而靈活的磁性材料，同樣，只有兩個(gè)原子厚。這種材料被發(fā)現(xiàn)在室溫下仍保持磁化狀態(tài)，由于它是半導(dǎo)體，未來可以直接集成到現(xiàn)有的電子設(shè)備架構(gòu)中。

博科園｜研究/來自：史蒂文斯理工學(xué)院

研究發(fā)表期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-020-15877-7

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