史蒂文斯理工学院 两个原子厚的铁磁半导体
绿色、蓝色和红色球体分别是硫、钼和铁原子
学分:史蒂文斯理工学院 随着我们的智能手机、笔记本电脑和电脑变得越来越小、越来越快，它们内部控制电流和存储信息的晶体管也变得越来越小、越来越快
但是传统晶体管只能缩小这么多
现在，史蒂文斯理工学院的研究人员开发了一种新的原子级薄磁性半导体，这将允许开发以完全不同的方式工作的新晶体管；它们不仅可以利用电子的电荷，还可以利用电子的自旋力，为制造更小更快的电子器件提供了另一条途径
这一新发现发表在2020年4月出版的《自然通讯》杂志上，它不是依靠制造越来越小的电子元件，而是为推进自旋电子学(自旋+电子)领域提供了一个重要平台，这是一种全新的电子操作方式，也是标准电子设备持续小型化的一个急需的替代方案
除了消除小型化的障碍，新的原子级薄磁体还可以实现更快的处理速度、更少的能耗和更大的存储容量
“二维铁磁半导体是一种铁磁性和半导体性质并存的材料，由于我们的材料在室温下工作，它使我们能够很容易地将它与成熟的半导体技术相结合，”领导这个项目的史蒂文斯理工学院机械工程教授杨说
“这种材料的磁场强度是0
5mT；史蒂文斯大学的物理学教授斯特凡·斯特劳夫说:“虽然如此微弱的磁场强度不能让我们拿起一个回形针，但它足以改变电子的自旋，这可以用于量子比特的应用。”
当电脑刚被制造出来的时候，它们占据了整个房间，但是现在它们可以装进你的后口袋
其原因是摩尔定律，该定律表明，每两年，计算机芯片上安装的晶体管数量将翻一番，实际上是一个小工具速度和能力的两倍
但是晶体管只能在它们应该控制的电信号不再服从它们的命令之前变得非常小
虽然大多数预测者预计摩尔定律将在2025年结束，但已经研究了不依赖物理标度的替代方法
操纵电子的自旋，而不是仅仅依靠它们的电荷，可能会在未来提供一个解决方案
使用二维材料(即两个原子厚)制造一种新的磁性半导体，将使晶体管的发展能够通过控制电子的自旋(向上或向下)来控制电流，同时整个器件保持轻质、灵活和透明
杨和他的团队使用一种称为原位替代掺杂的方法，成功地合成了一种磁性半导体，其中二硫化钼晶体被独立的铁原子替代掺杂
在这个过程中，铁原子踢掉了一些钼原子，并在准确的位置占据了它们的位置，产生了一种透明而柔韧的磁性材料——同样，只有两个原子厚
发现该材料在室温下保持磁化，并且由于它是半导体，所以它可以在未来直接集成到现有的电子器件结构中
杨和他在史蒂文斯的团队与几个机构合作，一个原子一个原子地对材料成像，以证明铁原子取代了一些钼原子
这些机构包括罗切斯特大学、伦斯勒理工学院、布鲁克海文国家实验室和哥伦比亚大学
“要想在科学上有所成就，你需要让其他人与你合作，”哲学博士·傅说
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史蒂文斯大学机械工程专业的学生
“这一次，我们召集了所有合适的人——拥有不同优势和不同视角的实验室——来实现这一目标
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