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2021-04-28 21:16 |
國(guó)家納米中心自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究獲進(jìn)展
晶體管的發(fā)明對(duì)無(wú)線電科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了重要影響，使電子計(jì)算機(jī)發(fā)生了變革，人類由此進(jìn)入信息時(shí)代。經(jīng)過(guò)指數(shù)式迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)硅基CMOS技術(shù)已進(jìn)入亞10納米節(jié)點(diǎn)，接近其尺度和性能極限。未來(lái)信息科技、產(chǎn)業(yè)的核心電子器件研發(fā)是重要問(wèn)題。 t_[M &
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傳統(tǒng)硅基技術(shù)主要利用電子的電荷特性，通過(guò)控制電荷的定向移動(dòng)（電流）的“通”與“斷”得到“1”、“0”兩種狀態(tài)。能否利用電子的自旋屬性，使其定向移動(dòng)（自旋流），來(lái)構(gòu)建自旋晶體管，尤其是柵電壓控制的自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管（自旋FET）呢？室溫磁性半導(dǎo)體被認(rèn)為是解決該問(wèn)題的途徑之一，被Science列為125個(gè)科學(xué)難題之一。然而，室溫磁性半導(dǎo)體材料制備尚未取得成功，構(gòu)建室溫大氣環(huán)境下工作的自旋FET是艱巨的挑戰(zhàn)。 !I w{Y'
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中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心在前期提出的局域巨磁矩效應(yīng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出一種四端自旋FET。研究人員利用單根半導(dǎo)體性單壁碳管，沿其長(zhǎng)度方向有2段被與碳管垂直連接的金屬電極打開(kāi)，形成單壁管-半開(kāi)碳管-單壁管-半開(kāi)碳管-單壁管結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳統(tǒng)的電流流經(jīng)左邊半開(kāi)碳管的金屬電極時(shí)，在半開(kāi)碳管巨磁矩作用下，自旋在此聚集并產(chǎn)生沿碳管的自旋流。通過(guò)右邊半開(kāi)碳管的金屬導(dǎo)線的開(kāi)路電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自旋流的檢測(cè)。自旋相關(guān)的信號(hào)（Rspin）可高達(dá)數(shù)百歐姆，并且自旋FET在室溫、大氣條件下工作。該自旋信號(hào)不僅可以通過(guò)柵壓控制，而且X、Y、Z方向磁場(chǎng)能有效調(diào)控，證明其起源來(lái)自于自旋和自旋流。由于獨(dú)特的電滯回線與磁矩相關(guān)，自旋FET具有非易失性、可實(shí)現(xiàn)存/算一體化、功耗低的特點(diǎn)。 Y9IJ
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