新型晶體管，可將全球數(shù)字能源預(yù)算削減5%

科學(xué)家常說(shuō)，20世紀(jì)最小但最偉大的發(fā)明是晶體管。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(xiàng)新研究中，對(duì)晶體管進(jìn)行了新的改造。這種新的磁電晶體管可以滿足世界對(duì)數(shù)字存儲(chǔ)器日益增長(zhǎng)的需求，同時(shí)還可將全球數(shù)字能源預(yù)算削減5%。

典型的硅基晶體管由多個(gè)“端子”（極）組成。其中兩個(gè)，被稱為源極和漏極，用作電子流過(guò)電路的起點(diǎn)和終點(diǎn)。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(dòng)，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(chǔ)器，需要持續(xù)的電源來(lái)維持這些二進(jìn)制狀態(tài)。

因此，在新研究中，該團(tuán)隊(duì)不再將電荷作為其方法的基礎(chǔ)，而是轉(zhuǎn)向自旋：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。該團(tuán)隊(duì)知道流過(guò)石墨烯（一種只有一個(gè)原子厚的超堅(jiān)固材料）的電子可以在相對(duì)較長(zhǎng)的距離內(nèi)保持其初始自旋方向—這是基于自旋電子的晶體管特性。但實(shí)際上，控制這些自旋的方向，使用比傳統(tǒng)晶體管少得多的功率，是一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的前景。

為此，研究人員需要用合適的材料在石墨烯上打底。他們花費(fèi)數(shù)年時(shí)間，終于找到了這種材料-氧化鉻。氧化鉻是磁電的，這意味著其表面原子的自旋可以通過(guò)施加少量的臨時(shí)能量吸收電壓，反之亦然。

當(dāng)施加正電壓時(shí)，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(guò)程中產(chǎn)生可檢測(cè)的信號(hào)。相反，負(fù)電壓會(huì)使氧化鉻的自旋向下翻轉(zhuǎn)，石墨烯電流的自旋方向向右翻轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生一個(gè)與另一個(gè)明顯可區(qū)分的信號(hào)。

研究人與表示，這種新的晶體管會(huì)以極少的能源成本，來(lái)提供巨大的保真度。我們要做的只是施加電壓，而且它的性能也不輸?shù)湫偷墓杌w管。

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。

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論文原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105023

標(biāo)簽： 數(shù)字能源