傳統硅基技術主要利用電子的電荷特性，通過控制電荷的定向移動（電流）的“通”與“斷”得到“1”、“0”兩種狀態。能否利用電子的自旋屬性，使其定向移動（自旋流），來構建自旋晶體管，尤其是柵電壓控制的自旋場效應晶體管（自旋FET）呢？室溫磁性半導體被認為是解決該問題的途徑之一，被Science列為125個科學難題之一。然而，室溫磁性半導體材料制備尚未取得成功，構建室溫大氣環境下工作的自旋FET是艱巨的挑戰。

　　中國科學院國家納米科學中心在前期提出的局域巨磁矩效應的基礎上，構建出一種四端自旋FET。研究人員利用單根半導體性單壁碳管，沿其長度方向有2段被與碳管垂直連接的金屬電極打開，形成單壁管-半開碳管-單壁管-半開碳管-單壁管結構。當傳統的電流流經左邊半開碳管的金屬電極時，在半開碳管巨磁矩作用下，自旋在此聚集并產生沿碳管的自旋流。通過右邊半開碳管的金屬導線的開路電壓，實現了對自旋流的檢測。自旋相關的信號（Rspin）可高達數百歐姆，并且自旋FET在室溫、大氣條件下工作。該自旋信號不僅可以通過柵壓控制，而且X、Y、Z方向磁場能有效調控，證明其起源來自于自旋和自旋流。由于獨特的電滯回線與磁矩相關，自旋FET具有非易失性、可實現存/算一體化、功耗低的特點。

　　相關研究成果以A room-temperature four-terminal spin field effect transistor為題，發表在Nano Today上，國家納米中心博士生劉佳和彭志盛為論文的共同第一作者。國家納米科學中心研究員孫連峰、褚衛國、副研究員李勇軍，以及山東師范大學教授王公堂共同負責這一研究工作。研究工作得到科技部納米重點研發計劃、國家自然科學基金委員會、中科院戰略性先導科技專項、廣東粵港澳大灣區國家納米創新研究所及中科院包頭稀土研發中心的支持。

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