Tranzistory se dnes obvykle vyrábějí z křemíku. Jelikož jde o polovodič, tento materiál dokáže řídit tok elektrického proudu v obvodu. Křemík i příbuzné prvky, jako je germanium, však mají základní fyzikální limity, které omezují kompaktnost a energetickou účinnost tranzistorů na této bázi.
Vědci z MIT nyní nahradili křemík feromagnetickým polovodičem a vytvořili magnetický tranzistor, který by mohl umožnit výrobu menších, rychlejších a energeticky účinnějších obvodů. Magnetismus materiálu silně ovlivňuje jeho chování, což vede k účinnější kontrole toku elektřiny. Tým použil nový magnetický materiál a optimalizační proces, který snižuje množství defektů v materiálu, čímž zvyšuje výkon tranzistoru. Unikátní magnetické vlastnosti materiálu navíc podporují tranzistory s vestavěnou pamětí.
Základní fyzikální limit křemíkových polovodičů brání tranzistoru v provozu pod určitým napětím, což snižuje jeho energetickou účinnost. Magnetické tranzistory proto k řízení toku elektrického proudu využívají spin elektronů. Doposud byli však vědci většinou omezeni na použití magnetických materiálů, které nemají příznivé elektronické vlastnosti polovodičů, což omezuje výkon zařízení.
Nová studie kombinuje magnetismus a fyziku polovodičů. Výzkumníci nahrazují křemík v povrchové vrstvě tranzistoru sloučeninou bromid-sulfid chromitý (CrSBr), což je dvourozměrný materiál, který funguje jako magnetický polovodič. Díky struktuře tohoto materiálu lze pak velmi snadno a přesně přepínat mezi dvěma magnetickými stavy. Změna těchto magnetických stavů modifikuje elektronické vlastnosti materiálu, což umožňuje provoz s nízkou spotřebou energie. Na rozdíl od mnoha jiných 2D materiálů navíc zůstává bromid-sulfid chromitý na vzduchu stabilní.
Při výrobě tranzistoru vědci nejprve vytvořili vzor elektrod na křemíkovém substrátu. Poté pomocí pásky sejmuli malý kousek materiálu o tloušťce pouze několika desítek nanometrů a umístili jej na finální (opět křemíkový) substrát.
Materiál navíc umožňuje ovládat magnetické stavy elektrickým proudem. To je zásadní, protože v reálných aplikacích nelze aplikovat magnetická pole na jednotlivé tranzistory v elektronickém zařízení. Každý z nich je potřeba ovládat elektricky.
Chung-Tao Chou et al, Large Magnetoresistance in an Electrically Tunable van der Waals Antiferromagnet, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/hpmq-rnh4
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / MIT News / Phys.org, přeloženo / zkráceno
