電子的基本屬性之一是它的自旋，它可以向上或向下，這對任何熱血的電氣工程師來說都是“1”或“0”。這種現(xiàn)象是一個新興的研究領(lǐng)域的核心，該研究領(lǐng)域被稱為自旋電子學(xué)的未來可能路徑。它保證了太赫茲范圍內(nèi)的時鐘速度以及極小尺寸和大大降低功率要求的潛力。

在德克薩斯大學(xué)工作的一組科學(xué)家提出了一種基于碳納米管的設(shè)計。他們還展示了一個重要的必備條件，如果該概念要實(shí)現(xiàn)實(shí)用性——級聯(lián)能力——讓一個設(shè)備的輸出直接作為另一個設(shè)備的輸入，而無需任何中介。

石墨烯納米帶晶體管 ?

石墨烯納米帶晶體管 (GNR) 的基本配置如下所示。這三個“線”由石墨烯納米管構(gòu)成。中心線，即 GNR 本身，部分“拉開”，因此它本質(zhì)上是一個二維納米帶。微小的電流，我 CTRL 通過兩個控制（CNT），平行和在 GNR 的任一側(cè)。電流通過任何導(dǎo)線都會產(chǎn)生磁場，這里產(chǎn)生的磁場記為B。GNR 的磁化強(qiáng)度更強(qiáng)，當(dāng)然，最接近各自的 CNT，磁化強(qiáng)度越接近帶狀中心的位置越小。

在這種特殊的石墨烯結(jié)構(gòu)中，磁化可以改變 GNR 的鐵磁排序，這與電子的實(shí)際自旋有關(guān)。兩種可能的狀態(tài)，反鐵磁有序 (AFM) 和鐵磁有序 (FM)，決定了通過 GNR 的電導(dǎo)。在 AFM 狀態(tài)下，電導(dǎo)較低，而在 FM 狀態(tài)下，電導(dǎo)較高。通過 GNR 始終保持穩(wěn)定的電壓，因此電導(dǎo)的變化直接轉(zhuǎn)化為電流的變化。從低電導(dǎo)和低電流到高電導(dǎo)和高電流的變化非常劇烈，就像在傳統(tǒng)的硅器件中一樣，可以表示一和零。?

量子計算?和基于?納米結(jié)構(gòu)的計算?是活躍的研究領(lǐng)域，但在這個游戲階段，大多數(shù)是獨(dú)立設(shè)備。GNR 真正令人興奮的是，它們的輸出電流可以直接連接到下一個 GNR 晶體管。一個GNR可以將I CTRL?提供給后續(xù)GNR的控制納米管之一，而另一個GNR可以將I CTRL?提供給該后續(xù)GNR的另一個控制納米管。因此，兩個 GNR 直接將“輸入”提供給第三個 GNR。?

GNR 晶體管的邏輯功能?

當(dāng)流過兩個控制納米管的電流大小相同且流向相同時，GNR 兩端的磁化強(qiáng)度相同。這會導(dǎo)致 AFM 狀態(tài)，并且 GNR 的電導(dǎo)會很低，從而導(dǎo)致輸出為零。如果其中一個控制納米管承載高電流，而另一個承載低電流，則 GNR 邊緣的磁化強(qiáng)度將不同。出現(xiàn) FM 狀態(tài)，導(dǎo)致輸出為 1。?

以這種方式，可以影響組合邏輯。?

此外，更復(fù)雜的幾何形狀也是可能的，將多個晶體管的邏輯功能組合到一個設(shè)備中。電流是 GNR 晶體管的狀態(tài)變量，而不是電壓，就像硅器件一樣。這導(dǎo)致了驚人的快速切換時間，時鐘頻率可以達(dá)到 2 太赫茲范圍。最后，與硅器件不同，GNR 的功耗在很大程度上與頻率無關(guān)。

基于自旋電子學(xué)的組件距離商業(yè)化還有很長的路要走。然而，研究人員已經(jīng)證明，在不久的將來，這項技術(shù)顯然將成為一項重要技術(shù)的基礎(chǔ)。?

　　審核編輯：湯梓紅