科學(xué)家常說，20世紀(jì)最小但最偉大的發(fā)明是晶體管。晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，其中包括二極管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管等，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。并且與普通機(jī)械開關(guān)不同，晶體管利用電信號來控制自身的開合，所以其開關(guān)的速度非?？?。
晶體管的種類較多，能夠根據(jù)材料、pn結(jié)極性、制造工藝、功率、工作頻率、功能用途、封裝形式等來進(jìn)行分類。典型的硅基晶體管由多個 端子 (極)組成。其中兩個，被稱為源極和漏極，用作電子流過電路的起點和終點。在柵極和源極之間施加電壓，可以決定電流以低電阻還是高電阻流動，從而導(dǎo)致分別編碼為 1 或 0 的電子電荷的累積或缺失。但是隨機(jī)存取存儲器，需要持續(xù)的電源來維持這些二進(jìn)制狀態(tài)。
近日，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校和布法羅大學(xué)的科學(xué)家在一項新研究中，對晶體管進(jìn)行了新的改造。在最新研究中心，研究團(tuán)隊沒有將常見的電子電荷作為其方法的基礎(chǔ)，而是轉(zhuǎn)向自旋——另一種與磁性相關(guān)的電子特性，它可以指向上方或下方，并且可以像電荷一樣讀取為 1 或 0。研究表明，流經(jīng)石墨烯的電子可以在相對較長的距離內(nèi)保持其初始自旋方向，這一特性對于基于自旋電子學(xué)的晶體管極具潛力。
同時，為了解決控制自旋的方法，并使用比傳統(tǒng)晶體管少得多的功率，研究人員需要用合適的材料在石墨烯上打底。經(jīng)過多年的尋找研究，他們發(fā)現(xiàn)了一種磁電材料——氧化鉻，這種材料意味著著其表面原子的自旋可以通過施加少量的臨時能量吸收電壓，反之亦然。當(dāng)施加正電壓時，底層氧化鉻的自旋指向上方，最終迫使石墨烯電流的自旋方向向左偏，并在此過程中產(chǎn)生可檢測的信號。相反，負(fù)電壓會使氧化鉻的自旋向下翻轉(zhuǎn)，石墨烯電流的自旋方向向右偏轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生一個明顯不同的信號。
這種新的磁電晶體管將會以極少的能源成本，來提供巨大的保真度，并且只需對其施加電壓，而且其性能也不會輸?shù)湫偷墓杌w管。磁電晶體管不僅有望幫助滿足人們對數(shù)字存儲器日益增長的需求，將該領(lǐng)域的能耗降低5%，還可將存儲某些數(shù)據(jù)所需晶體管的數(shù)量減少多達(dá)75%，進(jìn)一步促進(jìn)設(shè)備的小型化。
該研究論文題為 graphene on chromia: a system for beyond-room-temperature spintronics，已發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊上。
(資料參考來源：科技日報、前瞻網(wǎng)、百科)
原標(biāo)題：不輸于硅基晶體管的首款磁電晶體管促進(jìn)設(shè)備小型化