科學家常說，20世紀最小但最偉大的發明是晶體管。近日，內布拉斯加大學林肯分校和布法羅大學的科學家在一項新研究中，對晶體管進行了新的改造。這種新的磁電晶體管可以滿足世界對數字存儲器日益增長的需求，同時還可將全球數字能源預算削減5%。
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，從而導致分別編碼為 1 或 0 的電子電荷的累積或缺失。但是隨機存取存儲器，需要持續的電源來維持這些二進制狀態。
因此，在新研究中，該團隊不再將電荷作為其方法的基礎，而是轉向自旋：一種與磁性相關的電子特性，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。該團隊知道流過石墨烯（一種只有一個原子厚的超堅固材料）的電子可以在相對較長的距離內保持其初始自旋方向—這是基于自旋電子的晶體管特性。但實際上，控制這些自旋的方向，使用比傳統晶體管少得多的功率，是一個更具挑戰性的前景。
為此，研究人員需要用合適的材料在石墨烯上打底。他們花費數年時間，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施加少量的臨時能量吸收電壓，反之亦然。
當施加正電壓時，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，并在此過程中產生可檢測的信號。相反，負電壓會使氧化鉻的自旋向下翻轉，石墨烯電流的自旋方向向右翻轉，并產生一個與另一個明顯可區分的信號。
研究人與表示，這種新的晶體管會以極少的能源成本，來提供巨大的保真度。我們要做的只是施加電壓，而且它的性能也不輸典型的硅基晶體管。
該研究論文題為“Graphene on Chromia: A System for Beyond-Room-Temperature Spintronics”，已發表在《先進材料》期刊上。
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