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双原子厚度的铁磁半导体。绿色、蓝色和红色球体分别代表硫原子、钼原子和铁原子。
智能手机和笔记本电脑的运算速度越来越快，体积越来越小。设备中控制电流和存储信息的晶体管尺寸也随之不断缩小。然而，传统晶体管的尺寸已几乎到达了极限。
《自然通讯》杂志报道，美国史蒂文斯理工学院（SIT）的研究人员开发出了一种新型原子级磁半导体，或可催生出具备全新工作方式的新型晶体管——不仅可以利用电子电荷，还可以利用电子自旋的能量。
该成果对推动自旋电子学领域研究和标准电子设备的小型化意义重大。此外，新型原子级磁半导体还可以提高设备的处理速度、减少能源消耗和增加存储容量。SIT机械工程学教授、项目负责人EH Yang说：“在这种二维铁磁半导体材料中，铁磁性和半导体特性共存了。由于材料可以在室温下工作，它与现有半导体技术的集成难度很低。”
SIT物理学教授Stefan Strauf补充说：“这种材料的磁场强度为0.5mT，虽然如此微弱的磁场强度甚至无法吸起回形针，但它已经足以改变电子自旋，实现量子比特应用。”
电脑刚刚问世时，体积大到能够占据整个房间。得益于摩尔定律，现在它们已经能放进衣兜里了。尽管很多人认为摩尔定律将在2025年终结，但科学家们已经对不依赖物理尺度的替代方案进行了深入研究：操纵电子自旋，可能是电子运算设备的未来。
Yang的团队采用原位取代掺杂法，在二硫化钼晶体中掺入了孤立铁原子，成功合成了一种新型磁性半导体。这种材料在室温下仍然具有磁性，可以直接集成到现有电子设备的结构中。Yang等还与罗彻斯特大学、布鲁克海文国家实验室等机构合作，证实了新材料的“取代结构”。
SIT机械工程学博士生Shichen Fu解释说：“科学领域的伟大成就离不开‘合作’二字。这次，我们联合多个实验团队，找到了这种新型铁磁半导体。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：阿淼
责编：唐林芳
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://www.stevens.edu/news/atomically-thin-magnets-next-generation-spin-and-quantum-electronics
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