麻省理工学院工程师用磁性材料制造晶体管

我们当中一定年龄的人仍然记得每一代新一代视频游戏机的发布所带来的图形的巨大改进。与最初的 NES 相比，超级任天堂是一个巨大的飞跃，与超级任天堂相比，任天堂 64 同样是一个巨大的升级。但如今，当更新的硬件发布时，很难区分新旧。

计算技术仍在快速发展，但这一领域也开始出现越来越多的类似感觉。今年的处理器似乎没有像过去的升级那样提供性能的巨大飞跃。这种速度放缓的部分原因是我们开始挑战底层硬件的物理限制。特别是蚀刻在芯片硅中的晶体管现在非常小，以至于我们正在接近原子尺度。

撞墙

随着硅基晶体管的不断缩小，它们面临着量子隧道效应等挑战，其中电子会自发泄漏，导致错误并增加功耗。正是出于这个原因，麻省理工学院的一组工程师开始将目光投向硅之外。如果他们是对的，那么计算的未来可能会建立在磁性半导体的基础上。

具体来说，该团队使用磁性半导体材料而不是传统硅创造了一种新型晶体管。晶体管是电子产品的基本开关，控制从智能手机到超级计算机的所有设备的电流。几十年来，硅在这一作用中发挥了很好的作用。但随着设备制造商推动更小、更快、更节能的硬件，硅的局限性变得越来越难以忽视。

该团队的工作围绕着用二维磁性半导体溴化铬硫 （CrSBr） 取代硅。这种材料具有不寻常的特性：它的磁性直接影响它的导电方式。这使得不仅可以通过电压来控制晶体管，就像在当今的芯片中一样，还可以通过纵磁态来控制晶体管。这种磁性和半导体物理学的融合为能够以较低功率运行甚至在晶体管本身内存储信息的设备打开了大门。

具有磁性吸引力的解决方案

一个主要优点是 CrSBr 允许晶体管在“开”和“关”状态之间干净地切换，能量远低于硅。过去开发的大多数磁性晶体管只能对电流产生微弱的影响，通常会改变电流百分之几。相比之下，这种设计将电流改变了十倍，这一飞跃表明现实世界的应用可能即将出现。

这种方法的另一个优点是有可能将内存和逻辑合并到单个设备中。传统的计算机架构需要单独的组件：存储数据的存储单元和处理数据的晶体管。该晶体管可以同时执行这两个角色，从而简化电路设计并提高效率。

展望未来，研究人员计划通过开发扩大生产规模和制造这些晶体管阵列的方法来完善这项技术。如果成功，这项技术有朝一日可能会帮助我们加快创新步伐。