麻省理工學院（MIT）的工程師們近日開發出了一種磁性晶體管，這項技術可能為更小、更快和更高效的電子產品鋪平道路。通過用磁性半導體取代矽，該團隊創建了一種不僅能切換電流，同時還能儲存信息的裝置。晶體管是現代電子產品的基礎，傳統上由矽製成，主要用於調節電流或放大微弱信號。然而，矽存在一個固有的物理限制，即無法在某一特定電壓以下運行，這一上限妨礙了進一步提高效率的可能性。
為了克服這一挑戰，研究人員長期以來一直在研究自旋電子學，這種技術同時利用電子的自旋和電荷。儘管磁性材料提供了一條潛在的途徑，但大多數磁性材料的電子特性無法與矽相抗衡。麻省理工學院電氣工程與計算機科學系的副教授劉璟嶺指出，這項研究將磁性和半導體物理相結合，實現了有用的自旋電子裝置。
該團隊選擇了二維材料鉻硫溴（chromium sulfur bromide），這種材料可作為磁性半導體。其結構使得研究人員能夠精確地在兩種磁性狀態之間切換，這種切換改變了其電子行為，實現了低能耗的運作。與許多其他二維材料不同，鉻硫溴在空氣中保持穩定，這對於進一步的應用至關重要。
製作該裝置的過程中，工程師們在矽基材上進行了電極圖案化，並將薄的磁性材料轉移至上方。與使用溶劑或膠水的傳統方法不同，他們選擇用膠帶直接提取薄膜。研究生周仲韜表示，許多研究者會使用溶劑或膠水進行轉移，但晶體管需要非常乾淨的表面，通過簡化這一步驟，消除了所有相關風險。結果，乾淨的界面顯著提高了性能。與大多數磁性晶體管僅能以幾個百分比改變電流相比，MIT的裝置可以提高十倍，這種更強的切換使得讀取速度更快且更可靠。
研究團隊最初使用外部磁場切換磁性狀態，所需能量遠低於典型的矽晶體管。他們還展示了電流可以控制狀態，這對於實際的電子產品至關重要，因為工程師無法依賴外部磁鐵為每個晶片上的晶體管供電。這種獨特的磁性特性使得晶體管也能儲存信息。傳統的存儲設備使用獨立的磁性單元和晶體管，而新的設計將兩者合併在一起。劉教授表示，現在晶體管不僅能開關，還能記住信息，因為可以以更大的幅度切換晶體管，信號更強，因此能更快且更可靠地讀取信息。周仲韜強調，將磁性與電子學結合的潛力更為廣泛，這種新方法為未來應用和研究開闢了許多可能性。
該團隊現在計劃進一步優化電氣切換並探索可擴展的製造方法，以便為裝置陣列進行生產。這項研究已發表在《物理評論快報》期刊上，顯示出在電子技術領域的新希望。
