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原子薄磁性半导体诞生!制造晶体管,未来的计算机将可以更小!

随着智能手机、笔记本电脑和计算机变得更小、更快,它们内部控制电流和存储信息的晶体管也变得越来越小,但是传统的晶体管只能缩小这么多。

随着智能手机、笔记本电脑和计算机变得更小、更快,它们内部控制电流和存储信息的晶体管也变得越来越小,但是传统的晶体管只能缩小这么多。现在,史蒂文斯理工学院科学家已经开发出一种新的原子薄磁性半导体,它将允许开发以完全不同方式工作的新晶体管;它们不仅可以利用电子的电荷,还可以利用其自旋的能量,为创造更小、更快的电子元件提供了另一种途径。

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这项新发现不再依赖于制造越来越小的电子元件,而是潜在地为推进自旋电子学(Spin+Electronics)领域提供了一个关键平台,这是一种全新的电子操作方式,也是标准电子设备继续小型化的急需替代方案,其新研究发现发表在《自然通讯》期刊上。除了消除小型化障碍,新的原子薄磁体还可以实现更快的处理速度,更少的能源消耗和更大的存储容量。

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领导该项目的史蒂文斯理工学院机械工程教授EH Yang表示:二维铁磁半导体是一种铁磁性和半导体性并存的材料,由于材料在室温下工作,它能很容易地将其与成熟的半导体技术相结合。史蒂文斯大学物理学教授斯特凡·斯特劳夫(Stefan Strauf)说:这种材料的磁场强度为0.5mT;虽然如此弱的磁场强度不能拿起回形针,但它足够大,可以改变电子的自旋,这可以用于量子比特的应用。

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摩尔定律表明,每两年,安装在计算机芯片上的晶体管数量将翻一番,有效地使速度和能力翻一番。但是晶体管只有在它们应该控制的电信号,不再服从命令之前才能变得很小。虽然大多数预测者预计摩尔定律将在2025年结束,但人们已经研究了不依赖于物理比例的替代方法。操纵电子的自旋,而不是仅仅依靠电荷,可能会在未来提供一种解决方案。使用二维材料(两个原子厚)建造一种新的磁性半导体,将能够开发一种晶体管。

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通过控制电子的自旋来控制电力,无论是向上还是向下,同时整个设备保持轻巧、灵活和透明。使用一种名为原位置换掺杂的方法,研究团队成功地合成了一种磁性半导体,通过这种方法,二硫化钼晶体被孤立的铁原子取代掺杂。在这个过程中,铁原子启动了一些钼原子,并在准确位置取代了它们的位置,创造了一种透明而灵活的磁性材料,同样,只有两个原子厚。这种材料被发现在室温下仍保持磁化状态,由于它是半导体,未来可以直接集成到现有的电子设备架构中。

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