由Phys的Ingrid Fadelli创作
（同organic）有机 一个概念图像，其特征是自旋电流(绿色球体)注入硅片上的锗硅晶体
根据GeTe(褪色的橙色和浅蓝色原子)中铁电极化的方向，输出电荷电流或者是正(+)或者是负(-)
碲化锗可以与硅单片集成，为基于硅技术的可重构器件的发展铺平了道路
信用:Varotto等人
自旋电子器件是一类能够通过利用电子的固有自旋来存储或传输信息的架构，已经被发现在速度和效率方面非常有前途
然而，到目前为止，半导体材料和铁磁自旋源之间的不良兼容性阻碍了这些器件的发展，而这正是它们运行的基础
事实上，虽然一些半导体可以从横向自旋电流产生电流，反之亦然，但迄今为止，可靠地控制这种自旋-电荷转换被证明是非常具有挑战性的
近年来，一些材料科学家和工程师一直在研究使用铁电Rashba半导体制造自旋电子器件的潜力，这是一类具有半导体性、大自旋轨道耦合和非挥发性等优点的材料
意大利米兰理工大学大学、格勒诺布尔阿尔卑斯大学和世界其他研究所的一组研究人员最近证明了在室温下锗碲化物(一种已知的拉什巴半导体)中自旋-电荷转换的非挥发性控制
他们发表在《自然电子学》上的论文可能会对自旋电子器件的未来发展产生重要影响
1959年发现的拉什巴效应，需要二维凝聚态系统中自旋带的动量无关分裂
在铁电Rashba半导体中，这种效应可以通过切换铁电极化的方向来逆转
拉什巴在这些材料中的自旋分裂可以被控制的想法被S
皮科齐，后来在使用碲化锗的光谱实验中得到验证，因此碲化锗通常被认为是铁电拉什巴类半导体的“原型”
进行这项研究的研究人员之一克里斯蒂安·里纳尔迪告诉TechXplore:“由于铁电状态和自旋之间的一对一关系，一个能够切换铁电极化的电场将能够对自旋输运进行非挥发性控制。”
“2019年，S
马尼帕特鲁尼和我
来自英特尔的Young发表了一篇非常鼓舞人心的文章，利用自旋电子技术开发超低功耗设备
英特尔发现自旋电子学的效率和密度扩展远远超出了实际的CMOS技术
" 英特尔在2019年推出的被称为MESO的架构可以在纳米磁体的磁化中存储信息
随后，它通过其他材料中的自旋-电荷转换来处理这些信息
传统的电子设备利用电荷和电压来处理和读取信息
另一方面，基于自旋的电子利用自旋电子来携带信息
术语“自旋-电荷转换”本质上是指材料将电荷用于信息处理与电子自旋的使用联系起来的能力
换句话说，自旋-电荷转换允许自旋电流被转换成电压，允许电子设备容易地读出信息
信用:Varotto等人
“当我回顾英特尔的解决方案时，我立即意识到碲化锗可能会有所不同，前提是铁电极化的非挥发性方向可以改变化合物的自旋-电荷转换，”里纳尔迪说
这种机制将允许在铁电体中存储信息，利用自旋处理信息，然后将结果转化为可测量的电压
这是使架构超越CMOS、实现超低功耗和英特尔架构潜在极大简化的关键
" 为了证明自旋-电荷转换的铁电控制，里纳尔迪和他的同事首先必须证明，通过向沉积在半导体上的金属触点施加电压脉冲来控制碲化锗中的铁电性是可能的
随后，他们将自旋电流注入到碲化锗中，并测量得到的电荷电流，将其与极化状态进行比较
“我们通过在碲化锗顶部的薄金属栅极上施加电压脉冲，展示了半导体的铁电栅极，”博士萨拉·瓦罗托说
D
进行这项研究的研究人员解释说
“我们使用原子力显微镜的导电尖端绘制了栅极下方铁电畴的分布图
我们还发现了铁电畴结构和金属/锗碲化物结的电阻之间的联系，这是一种非常有效的方法，可以很容易地获得极化状态
" 瓦罗托随后在研究人员洛朗·维拉和让-菲利普·阿塔内的监督下，在格勒诺布尔·阿尔卑斯大学进行了一系列自旋泵实验
该团队激发了与碲化锗样品接触的铁层，以将自旋电流注入半导体
这些实验揭示了自旋电子被碲化锗向左或向右偏转，这取决于铁电极化的方向
里纳尔迪说:“我们揭示了自旋霍尔效应是碲化锗中从自旋到电荷电流转换的原因，这要归功于北德克萨斯大学的贾戈达·斯拉温斯卡和马尔科·布翁戈诺·纳德利的宝贵工作。”
“在基于氧化物的二维电子气体中，也已经证明了类似的自旋-电荷转换的非挥发性电子控制
一个非常重要的发现，到目前为止，该系统在低温下工作的事实限制了它在硅上集成的潜在困难材料
" 这组研究人员首次证明了在室温下，可以单片集成在硅上的半导体中自旋-电荷转换的铁电转换
与过去的努力相比，这是一个显著的成就
里纳尔迪说:“我们还提出了一种概念逻辑器件，它与英特尔的MESO器件共享有利的缩放定律和低功耗，但由于碲化锗在同一材料中同时具有存储和自旋转换能力，因此整体简化了很多，从而消除了写入信息的复杂解决方案。”
“与我们大脑中发生的情况类似，记忆和计算驻留在同一个物理空间中，在内存计算中有不同的视角
" 未来，里纳尔迪和他的同事提出的控制碲化锗中自旋-电荷转换的策略可以应用于新自旋电子器件的开发
此外，由于他们在论文中理论上提出的设备可以在相同的物理空间中存储和处理信息，类似于人脑，它可能被证明对内存计算应用特别有用
里纳尔迪补充说:“我的研究重点是新型量子材料中基于自旋的解决方案，以帮助新计算时代的发展。”
“在这个意义上，第一步将包括铁电拉什巴半导体的材料工程，使这种化合物更接近技术
"
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