自旋晶体管进行可靠传输信息的关键要求

随着我们的设备变得更小、更快、更节能，并且能够容纳更多的数据，自旋电子学可能会帮助延续这一趋势。电子学是基于电子流的，而自旋电子学是基于电子的自旋。

电子具有自旋自由度，这意味着它不仅持有电荷，而且变现得像一块小磁铁。在自旋电子学中，一项关键任务就是使用电场来控制电子自旋，并在任何给定方向上转换磁铁的北极。

自旋电子场效应晶体管利用了所谓的Rashba或Dresselhaus自旋-轨道耦合效应，这表明可以通过电场控制电子自旋。虽然该方法有望实现高效和高速计算，但在该技术真正发挥其效应、实现微型化但仍功能强大，并具环保性之前，仍然必须克服某些挑战。

几十年来，科学家们一直试图利用电场来控制室温下的自旋，但实现有效控制一直是未能达成。最近伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的Jian Shi和Ravishankar Sundararaman以及加州大学圣克鲁斯分校（University of California at Santa Cruz）的Yuan Ping领导的研究团队在解决上述问题方面迈出了一步。

材料科学与工程副教授Shi博士表示：“大家都希望Rashba或Dresselhaus磁场足够大，以使电子快速旋转。如果磁场较弱，电子自旋会缓慢前进，并且需要花费太多时间来打开或关闭自旋晶体管。然而，如果内部磁场布置不好，通常会导致电子自旋控制不佳。”

该团队展示了，具有独特晶体对称性和强自旋-轨道耦合的铁电范德华层状钙钛矿晶体是一种很有希望的模型材料，用于实现室温下的Rashba-Dresselhaus自旋物理。其非易失性和可重构的自旋相关室温光电特性可能激发一些重要设计原则的开发，以制造出室温自旋场效应晶体管。

材料科学与工程副教授Sundararaman博士表示，模拟结果表明，这种材料可带来令人兴奋的结果。他表示：“材料内部磁场同时很大，并且在一个方向上完全分布，这使得自旋可以按预期、完美地旋转。这是使用自旋进行可靠传输信息的关键要求。”

Shi博士总结道：“这是向让自旋晶体管实际面世迈出的重要一步。”

审核编辑：彭静