Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали магнитный транзистор, который может стать основой для более компактных, быстрых и энергоэффективных электронных устройств. Вместо традиционного кремния в устройстве используется магнитный полупроводник, способный не только управлять током, но и хранить информацию.
Как это работает?
Транзисторы — это базовые элементы современной электроники. Они регулируют электрический ток или усиливают сигналы. Однако кремний, лежащий в основе этих устройств, имеет физический предел: он не может функционировать ниже определённого напряжения, что ограничивает дальнейшее повышение эффективности.
Альтернативой считается спинтроника — направление, использующее не только заряд электрона, но и его спин (магнитный момент). Для реализации таких решений нужны материалы, сочетающие свойства полупроводника и магнита.
Команда MIT применила двухмерный материал — бромид серы хрома (CrSBr). Его структура позволяет переключаться между двумя магнитными состояниями с высокой точностью. Эти изменения влияют на электронные свойства материала и обеспечивают работу при низком энергопотреблении. В отличие от многих других 2D-материалов, CrSBr стабилен на воздухе, что делает его перспективным для практического применения.
В чём новизна разработки?
Чтобы создать устройство, инженеры нанесли электроды на кремниевую подложку и перенесли тонкий слой магнитного материала поверх неё. Вместо клея или растворителей использовалась простая техника с применением липкой ленты, что позволило избежать загрязнения поверхности.
Такой подход обеспечил чистый интерфейс и значительно повысил производительность. Если большинство магнитных транзисторов меняют ток лишь на несколько процентов, то новое устройство — в десять раз. Это открывает путь к более быстрым и надёжным вычислениям.
Первоначально переключение осуществлялось с помощью внешнего магнитного поля, требующего меньше энергии, чем кремниевые аналоги. Позднее исследователи показали, что управлять состоянием можно и электрическим током — важный шаг к созданию масштабируемых чипов без необходимости использования внешних магнитов.
Почему это важно?
Уникальные магнитные свойства делают транзистор не только логическим элементом, но и ячейкой памяти. В традиционной электронике транзисторы и блоки хранения информации разделены. Новый подход объединяет эти функции в одном устройстве, что повышает скорость считывания и надёжность работы.
По словам авторов, их разработка открывает путь к новым способам интеграции магнетизма в электронику. Это может привести к созданию более энергоэффективных процессоров, компактных чипов для мобильных устройств и инновационных систем хранения данных.
Следующим этапом исследователи называют оптимизацию электрического управления и разработку методов массового производства массивов таких транзисторов.
Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
