英美研發出首個高溫自旋場效應電晶體

據美國物理學家組織網12月23日報導，美國德克薩斯A&M大學物理學家傑羅·斯納夫領導的一個國際科研小組在23日出版的《科學》雜誌上宣布，他們研製出了首個能在高溫下工作的自旋場效應電晶體（FET），該設備由電力控制，其功能基於電子的自旋，其中包含一個與門邏輯設備。新突破將給半導體納米電子學和信息技術領域帶來新氣象。

英國日立劍橋實驗室、劍橋大學、諾丁漢大學、捷克科學院和查爾斯大學的研究人員首次將自旋—螺旋狀態和異常霍爾效應結合在一起，製造出了這種自旋FET，其中包括一個與門邏輯設備，自旋FET的概念於1989年首次提出，這是科學家首次在其中實現與門邏輯設備。　 

電晶體發現60年來，其操作仍然基於與半導體內的電子操作和電子電荷探測同樣的物理原理。隨著電晶體的尺寸越來越小，小到已接近極限點，科學家們開始專注於建立新的物理操作規則，即使用電子基本的磁運動（自旋）代替電荷作為邏輯變量。20年來，科學家一直認為，在半導體內操作電子並探測到電子自旋（突破這一點將有助於研發出自旋電晶體）很難在實驗室實現。現在，新研究使用最近在自旋操作和探測上發現的量子相對論現象證實，自旋電晶體這一概念可以成為現實。為了觀察電子的操作並探測自旋，該研究團隊特別設計了一個平板光子二極體（同一般使用的圓極化光源相反）並將其放置在電晶體隧道附近。通過在二極體上照射光線，研究人員朝電晶體內注射了光激發電子，而不是通常的自旋極化電子。接著朝其輸入門電極施加電壓，通過量子相對論效應來控制電子的自旋運動。這些效應同時負責在該設備內生成橫向電壓（代表輸出信號），其取決於電晶體管道內運動電子的自旋方向。

日立劍橋實驗室的高級研究員約爾格·文德利希強調，觀察到的輸出電子信號在高溫下也很強，並且線性依賴於入射光圓極化的程度。這個設備因此也表明，科學家實現了電力控制的固態偏振光計，該偏振光計可直接將光偏振轉變成電壓信號。他表示，未來醫生可能會利用該設備探測手性分子的濃度，以測量病人的血糖濃度或酒中的糖分濃度。新設備在自旋電子學研究領域有廣泛的應用，它可以作為一個有效工具來操作和探測半導體內的電子自旋而不會破壞自旋極化電流。

文德利希承認，現在還不知道其基於自旋的設備能否替代目前信息處理設備中普遍使用的基於電子電荷的電晶體，然而新研究將科學家的關注點從理論猜測轉移到研發出微電子設備模型上來。