后摩尔时代新器件：科学家开发一种可室温工作的铁磁半导体

在半导体领域，“ 摩尔定律 ”可谓是无人不知、无人不晓。可以说在过去几十年，半导体产业在摩尔定律的推动下高速发展。但是现在，随着晶体管缩放尺寸逐渐逼近物理极限，半导体工艺制程的推进也越来越困难，“摩尔定律”已死的声音也开始不绝于耳。不过，科学界希望通过一些新的技术解决摩尔定律瓶颈问题。

现在，美国史蒂文斯理工学院的研究人员开发出了一种新型原子薄磁性半导体，该新型半导体工作方式完全不同，它们不仅可以利用电子电荷，还可以利用电子自旋能量，为制造更小、更快的电子产品提供了一条替代之路。

这项新发现可能为推动自旋电子学领域的发展提供了一个关键的平台，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种急需的替代方案。新型原子薄磁体可以实现更快的处理速度、更低能耗和更高存储容量。

二维铁磁性半导体是一种铁磁性和半导体特性共存于一体的材料，该研究的材料在室温下工作，因此可以很容易地将其与成熟的半导体技术整合在一起。

这种材料的磁场强度为0.5 mT；虽然磁场强度如此微弱，但它可以改变电子自旋，从而可以用于量子比特的应用。

大多数预测者预计摩尔定律将在2025年结束，但人们已经研究出了替代方法。操纵电子自旋，而不是仅仅依靠电子电荷，可能会在未来提供一种解决方案。

利用二维材料–也就是两原子厚的二维材料构建新型磁性半导体，可以开发出一种可以控制电子自旋向上或向下的晶体管来控制电能，同时整个器件保持轻巧、灵活和透明。

该研究团队使用一种叫做原位置换方法，成功地合成了一种磁性半导体，通过这种方法，将二硫化钼晶体与孤立的铁原子进行置换。在这一过程中，铁原子会踢掉部分钼原子，并在准确的位置上取而代之，形成一种透明而有弹性的磁性材料–同样是只有2个原子的厚度。人们发现这种材料在室温下仍能保持磁化状态，由于是半导体，所以未来可以直接集成到现有电子器件架构中。

该研究团队与罗切斯特大学、伦斯勒理工学院、布鲁克海文国家实验室和哥伦比亚大学等多家机构合作，对该材料进行了逐个原子成像，证明铁原子取代了部分钼原子。

史蒂文斯大学机械工程专业的研究人员说：“要想在科学上有所作为，你需要让别人与你合作。”这一次，我们把所有合适的人都聚集在了一起——具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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