Magneettinen transistori tulevaisuuden elektroniikalle

Uusi piirirakenne avaa oven kompakteille, tehokkaille transistoreille, joissa on sisäänrakennettu muisti.

MIT:n tutkijat ovat nyt korvanneet piin magneettisella puolijohteella, luoden magneettisen transistorin, joka voisi mahdollistaa pienempien, nopeampien ja energiatehokkaampien piirien valmistuksen. Materiaalin magnetismi vaikuttaa vahvasti sen elektroniseen käyttäytymiseen, mikä johtaa sähkönkulun tehokkaampaan hallintaan.

”Ihmiset ovat tienneet magneeteista tuhansia vuosia, mutta tapoja sisällyttää magnetismia elektroniikkaan on hyvin rajallisesti. Olemme osoittaneet uuden tavan hyödyntää magnetismia tehokkaasti, mikä avaa paljon mahdollisuuksia tulevaisuuden sovelluksille ja tutkimukselle”, sanoo Chung-Tao Chou, MIT:n jatko-opiskelija ja artikkelin toinen pääkirjoittaja.

Tähän mennessä tutkijat ovat enimmäkseen käyttäneet tiettyjä magneettisia materiaaleja. Näistä kuitenkin puuttuvat puolijohteiden suotuisat elektroniset ominaisuudet, mikä rajoittaa laitteiden suorituskykyä.

Tässä työssä tutkijat yhdistivät magnetismin ja puolijohdefysiikan toteuttaakseen hyödyllisiä spintronisia rakenteita. He korvasivat transistorin pintakerroksen piin kromirikkibromidilla (CrSBr), kaksiulotteisella materiaalilla, joka toimii magneettisena puolijohteena.

Materiaalin rakenteen ansiosta tutkijat voivat vaihtaa kahden magneettisen tilan välillä erittäin siististi. Tämä tekee sen ihanteellisen käytettäväksi transistorissa, joka vaihtaa sujuvasti "päällä" ja "pois" -tilojen välillä.

Aiempia parempien materiaaliteknisten ratkaisujen ansiosta tutkijat saattoivat nyt myös ohjata magneettisia tiloja sähkövirralla. Tämä on tärkeää, koska insinöörit eivät voi kohdistaa magneettikenttiä elektronisen piirin yksittäisiin transistoreihin. Heidän on ohjattava jokaista niistä sähköisesti.

Materiaalin magneettiset ominaisuudet voisivat nyt myös mahdollistaa sisäänrakennetulla muistilla varustettujen transistorien valmistuksen, mikä yksinkertaistaa logiikka- tai muistipiirien suunnittelua.

”Nyt transistorit eivät ainoastaan kytkeydy päälle ja pois päältä, vaan ne myös muistavat informaatiota. Ja koska voimme kytkeä transistorin suuremmalla voimakkuudella, signaali on paljon voimakkaampi, joten voimme lukea informaation nopeammin ja paljon luotettavammin”, Liu kertoo.

Tämän demonstraation pohjalta tutkijat aikovat tutkia lisää sähkövirran käyttöä rakenteen ohjaamiseen. He työskentelevät myös menetelmänsä skaalautuvuuden parantamiseksi, jotta he voivat valmistaa oikeita transistoriryhmiä.

Aiheesta aiemmin:

Uusi ihme- ja kvanttimateriaali

Magnetismilla energiatehokasta laskentaa

Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia