现代半导体器件主要依赖电荷实现对信息的表达、存储、传输和处理。在此基础上，以晶体管作为基本单元，通过控制电荷流，完成信息的处理与计算等功能。而该研究团队提出并实现的是一种“能谷自旋”晶体管新颖器件。该器件以能谷自旋自由度替代电荷作为信息编码的载体，能谷自旋器件中数据的操作和传输可以不涉及电荷流，从而有望实现超低功耗的功能器件。
“能谷”是指半导体材料能量—动量色散关系中的极值点，虽然人们很早意识到，能谷自旋可以像电荷或自旋等自由度一样表达信息，但由于能谷很难通过外场操控，目前无法利用能谷自旋制作晶体管等器件。该团队利用不对称等离激元纳米天线中的光学手性，实现电磁场与过渡金属硫族化合物中能谷自旋的可控相互作用，并结合材料中的手征贝瑞曲率，在器件级别上实现了谷信息的产生、传输、探测和开关操作。这一能谷自旋晶体管对能谷信息的注入、传输和探测过程进行了优化和改进，使得能谷信息流得以在零偏置电压下独立于电荷流进行传输和调控。并且该器件单元有望通过类似于CMOS电路的构造方式集成形成特定逻辑功能的超低功耗谷电子电路。
这项研究的重要意义在于，首次提出了一种室温工作的能谷自旋的基本单元器件，这为后摩尔时代的新型谷信息器件的发展奠定了基础，展示了能谷信息器件应用于未来集成电路的可能。
来源：科技日报 作者：季天宇 张晔
