新型晶体管，可将全球数字能源预算削减5%

科学家常说，20世纪最小但最伟大的发明是晶体管。近日，内布拉斯加大学林肯分校和布法罗大学的科学家在一项新研究中，对晶体管进行了新的改造。这种新的磁电晶体管可以满足世界对数字存储器日益增长的需求，同时还可将全球数字能源预算削减5%。

典型的硅基晶体管由多个“端子”（极）组成。其中两个，被称为源极和漏极，用作电子流过电路的起点和终点。在栅极和源极之间施加电压，可以决定电流以低电阻还是高电阻流动，从而导致分别编码为 1 或 0 的电子电荷的累积或缺失。但是随机存取存储器，需要持续的电源来维持这些二进制状态。

因此，在新研究中，该团队不再将电荷作为其方法的基础，而是转向自旋：一种与磁性相关的电子特性，它可以指向上方或下方，并且可以像电荷一样读取为 1 或 0。该团队知道流过石墨烯（一种只有一个原子厚的超坚固材料）的电子可以在相对较长的距离内保持其初始自旋方向—这是基于自旋电子的晶体管特性。但实际上，控制这些自旋的方向，使用比传统晶体管少得多的功率，是一个更具挑战性的前景。

为此，研究人员需要用合适的材料在石墨烯上打底。他们花费数年时间，终于找到了这种材料-氧化铬。氧化铬是磁电的，这意味着其表面原子的自旋可以通过施加少量的临时能量吸收电压，反之亦然。

当施加正电压时，底层氧化铬的自旋指向上方，最终迫使石墨烯电流的自旋方向向左偏，并在此过程中产生可检测的信号。相反，负电压会使氧化铬的自旋向下翻转，石墨烯电流的自旋方向向右翻转，并产生一个与另一个明显可区分的信号。

研究人与表示，这种新的晶体管会以极少的能源成本，来提供巨大的保真度。我们要做的只是施加电压，而且它的性能也不输典型的硅基晶体管。

该研究论文题为“Graphene on Chromia: A System for Beyond-Room-Temperature Spintronics”，已发表在《先进材料》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

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