首个高温自旋场效应晶体管问世

据美国物理学家组织网12月23日报道，美国得克萨斯A&M大学物理学家杰罗·斯纳夫领导的一个国际科研小组在12月24日出版的《科学》杂志上宣布，他们研制出了首个能在高温下工作的自旋场效应晶体管（FET），该设备由电力控制，其功能基于电子的自旋，其中包含一个与门逻辑设备。新突破将给半导体纳米电子学和信息技术领域带来新气象。英国日立剑桥实验室、剑桥大学、诺丁汉大学、捷克科学院和查尔斯大学的研究人员首次将自旋—螺旋状态和异常霍尔效应结合在一起，制造出了这种自旋FET，其中包括一个与门逻辑设备，自旋FET的概念于1989年首次提出，这是科学家首次在其中实现与门逻辑设备。晶体管发现60年来，其操作仍然基于与半导体内的电子操作和电子电荷探测同样的物理原理。随着晶体管的尺寸越来越小，小到已接近极限点，科学家们开始专注于建立新的物理操作规则，即使用电子基本的磁运动（自旋）代替电荷作为逻辑变量。20年来，科学家一直认为，在半导体内操作电子并探测到电子自旋（突破这一点将有助于研发出自旋晶体管）很难在实验室实现。现在，新研究使用最近在自旋操作和探测上发现的量子相对论现象证实，自旋晶体管这一概念可以成为现实。为了观察电子的操作并探测自旋，该研究团队特别设计了一个平板光子二极管（同一般使用的圆极化光源相反）并将其放置在晶体管隧道附近。通过在二极管上照射光线，研究人员朝晶体管内注射了光激发电子，而不是通常的自旋极化电子。接着朝其输入门电极施加电压，通过量子相对论效应来控制电子的自旋运动。这些效应同时负责在该设备内生成横向电压（代表输出信号），其取决于晶体管管道内运动电子的自旋方向。日立剑桥实验室的高级研究员约尔格·文德利希强调，观察到的输出电子信号在高温下也很强，并且线性依赖于入射光圆极化的程度。这个设备因此也表明，科学家实现了电力控制的固态偏振光计，该偏振光计可直接将光偏振转变成电压信号。他表示，未来医生可能会利用该设备探测手性分子的浓度，以测量病人的血糖浓度或酒中的糖分浓度。新设备在自旋电子学研究领域有广泛的应用，它可以作为一个有效工具来操作和探测半导体内的电子自旋而不会破坏自旋极化电流。文德利希承认，现在还不知道其基于自旋的设备能否替代目前信息处理设备中普遍使用的基于电子电荷的晶体管，然而新研究将科学家的关注点从理论猜测转移到研发出微电子设备模型上来。（来源：科技日报刘霞）