晶體管的發(fā)明對無線電科學(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)入信息時代。經(jīng)過指數(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。未來信息科技、產(chǎn)業(yè)的核心電子器件研發(fā)是重要問題。

傳統(tǒng)硅基技術(shù)主要利用電子的電荷特性，通過控制電荷的定向移動（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（自旋流），來構(gòu)建自旋晶體管，尤其是柵電壓控制的自旋場效應(yīng)晶體管（自旋FET）呢？室溫磁性半導(dǎo)體被認(rèn)為是解決該問題的途徑之一，被Science列為125個科學(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)。

中國科學(xué)院國家納米科學(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，沿其長度方向有2段被與碳管垂直連接的金屬電極打開，形成單壁管-半開碳管-單壁管-半開碳管-單壁管結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳統(tǒng)的電流流經(jīng)左邊半開碳管的金屬電極時，在半開碳管巨磁矩作用下，自旋在此聚集并產(chǎn)生沿碳管的自旋流。通過右邊半開碳管的金屬導(dǎo)線的開路電壓，實(shí)現(xiàn)了對自旋流的檢測。自旋相關(guān)的信號（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。該自旋信號不僅可以通過柵壓控制，而且X、Y、Z方向磁場能有效調(diào)控，證明其起源來自于自旋和自旋流。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)。

相關(guān)研究成果以A room-temperature four-terminal spin field effect transistor為題，發(fā)表在Nano Today上，國家納米中心博士生劉佳和彭志盛為論文的共同第一作者。國家納米科學(xué)中心研究員孫連峰、褚衛(wèi)國、副研究員李勇軍，以及山東師范大學(xué)教授王公堂共同負(fù)責(zé)這一研究工作。研究工作得到科技部納米重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委員會、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、廣東粵港澳大灣區(qū)國家納米創(chuàng)新研究所及中科院包頭稀土研發(fā)中心的支持。

圖.國家納米中心自旋場效應(yīng)晶體管研究獲進(jìn)展

來源：中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心

來源：中科院之聲