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ag体育平台:探索与收获!电子学院王/施艺团队在新谷电子设备上取得最新成果

时间:2020-10-11来源:UCMS站群1组发布作者:点击:703次
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“能谷”是指半导体材料的能量-动量色散关系中的极值点。虽然人们很早就意识到能谷自旋(“能谷”的量子指数)可以表达电荷或自旋等自由度等信息,但很难利用能谷自旋制造晶体管等器件,因为很难通过外场控制能谷。互助团队利用差分池等离子体纳米天线中的光学手性,实现了过渡金属硫族化合物中电磁场与能谷自旋的可控相互作用,并结合材料中的手性贝里曲率,实现了器件级的能谷信息的产生、传输、检测和开关操作。这种能谷自旋晶体管优化和创新了能谷信息的注入传输和检测过程,使得能谷信息流在零偏置电压下独立于电荷流传输和调节。此外,该器件单元有望通过类似于CMOS电路的结构集成到具有特定逻辑功效的超低功率谷值电子电路中。

原标题:探索与收获!电子学院王/施艺团队在新谷电子设备上取得最新成果

现代半导体器件主要依靠电荷来惩罚信息的表达、存储、传输和处理。在此基础上,以晶体管为基本单元,通过控制电荷流量来完成信息处理、惩罚和计算等功能。然而,随着摩尔定律接近极限,传统晶体管器件进入了增长瓶颈。如何利用新的原理、新的结构和新的材料来解决和优化传统半导体器件的尺寸减小和能耗问题,是后摩尔时代半导体技术的增长焦点。沿着这一思路,南京大学电子科学与工程学院的王/石毅、浙江大学信息与电子工程学院的和北京计算科学研究中心联合应用研究,提出并实现了一种新型的能谷自旋晶体管器件。在该装置中,能谷自旋自由度取代电荷作为信息编码的载体。能量谷自旋器件中数据的操作和传输可以不涉及电荷流,因此有望实现超低功率效率器件。

图1是能量谷晶体管器件的示意图。一种器件由过渡金属硫族二硫化钼沟道月牙形差分单元金纳米天线和硅/二氧化硅衬底上的四个金电极组成。图解说明了通过源极和漏极的光场选择性地向二硫化钼注入不同能谷自旋电流的过程,以及硅背栅对能谷自旋电流的开关效应。产生的能谷自旋流由横向霍尔电极通过能谷霍尔效应读出,产生输出信号。二硫化钼中能谷自旋流的详细原理。

图2能量谷晶体管的测试效果。谷自旋晶体管的扫描霍尔电压图像。1550纳米的激光被用作能谷自旋启动源,以扫描典型的能谷自旋晶体管并记录该位置的能谷霍尔输出电压。当激光器位于源极或漏极时,出现相反的能量谷霍尔输出信号。霍尔输出电压与偏置电压的输出曲线。C能谷输出的霍尔电压随硫化钼沟道电流的变化表明,能谷的自旋电流与电流无关。d谷晶体管的传输特性曲线。开关操作可以仅通过由光场感应的能量谷晶体管的输出电压通过栅极电压来实现。因为无偏压通道电流很小,所以整个器件表现出极低的功耗。

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