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。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(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管等，具有檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開(kāi)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(kāi)關(guān)不同，晶體管利用電信號(hào)來(lái)控制自身的開(kāi)合，所以其開(kāi)關(guān)的速度非常快。
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(lái)進(jìn)行分類。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)。
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。在最新研究中心，研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有將常見(jiàn)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(duì)較長(zhǎng)的距離內(nèi)保持其初始自旋方向，這一特性對(duì)于基于自旋電子學(xué)的晶體管極具潛力。
同時(shí)，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(guò)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(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偏轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生一個(gè)明顯不同的信號(hào)。
這種新的磁電晶體管將會(huì)以極少的能源成本，來(lái)提供巨大的保真度，并且只需對(duì)其施加電壓，而且其性能也不會(huì)輸?shù)湫偷墓杌w管。磁電晶體管不僅有望幫助滿足人們對(duì)數(shù)字存儲(chǔ)器日益增長(zhǎng)的需求，將該領(lǐng)域的能耗降低5%，還可將存儲(chǔ)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(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、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