原子级半导体！下一代的自旋量子电子技术

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尽管电子器件越来越小，越来越快，但目前的晶体管只能缩小到一定程度，难以突破极限。

据报道，史蒂文斯理工学院的研究人员开发了一种新型的原子薄磁体半导体，这通过利用电子的电荷及其自旋的力量，将能够开发出以完全不同的方式工作的新型晶体管。

研究人员说，这可能提供了一种制造更小、更快的器件的方法，他们在2020年4月的《自然通讯》杂志上发表了这一发现。

自旋电子学是研究固态器件中电子的本征自旋及其相关的磁矩和电荷的学科。

由于摩尔定律，预计在不久的将来，标准电子器件将达到其“极限”。而自旋电子学提出了一种全新的电子 *** 作方式，并为标准电子器件的持续小型化提供了一种新的替代方案。

据悉，除了可以做到更小的器件，该团队的原子薄磁铁据说能够实现更快的处理速度、更高的存储容量和更少的能量消耗。

领导了这一项目的史蒂文斯机械工程EH Yang教授表示， “二维铁磁半导体材料中铁磁性和半导体特性共存，因为我们的材料可以在室温下工作，它使我们能够容易的半导体技术集成在一起。”

“在此材料中的磁场强度为0.5mT的而这样弱的磁场强度不能让我们拿起一个回形针，它是足够大的，以改变电子的自旋，其可用于量子比特应用，”加入史蒂文斯物理学教授斯特凡·斯特劳夫（Stefan Strauf）。

“这种材料的磁场强度是0.5 mT，虽然如此弱的磁场强度不能让我们吸起回形针，但它已足够强，足以改变电子的自旋，可以用于量子比特应用，” Stefan Strauf补充说。

研究人员认为，他们的发现可以为推进自旋电子学领域提供一个“关键平台”。

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

半导体是一种电导率在绝缘体至导体之间的物质，其电导率容易受控制，可作为信息处理的元件材料。从科技或是经济发展的角度来看，半导体非常重要。

很多电子产品，如计算机、移动电话、数字录音机的核心单元都是利用半导体的电导率变化来处理信息。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

硅基半导体自旋量子比特以其长量子退相干时间和高 *** 控保真度，以及与现代半导体工艺技术兼容的高可扩展性，成为量子计算研究的核心方向之一。

半导体简介

在国内，60年代晶闸管研究开始起步，70年代研制出大功率的晶闸管。80年代以来，大功率晶闸管在中国得到很大发展，同时开始研制模块。本世纪以来，开始少量引进超大功率晶闸管（含光控晶闸管）技术。近年来国家正在逐步引进IGBT，MOSFET技术。中国宏观经济的不断成长，带动了大功率半导体器件技术的发展和应用的不断深入。

晶闸管、模块、IGBT的发明和发展顺应了电力电子技术发展的不同需要，是功率半导体发展历程中不同时段的重要标志产品。他们的应用领域、应用场合大部分不相同，小部分有交叉。在技术不断发展和工艺逐步改善的双重推动下，大功率半导体器件将向着高电压、大电流、高频化、模块化、智能化的方向发展。

以上内容参考：百度百科—半导体

量子环的优势是：半导体量子环的限制势易于调节，电子的相干时间更长，利于实现更多的量子比特 *** 作。拥有更多的可 *** 作自由度。量子环中电子还具有在准一维空间轨道运动的自由度，提供了自旋这种电荷以外新的编码可能。

在吴振华和刘羽看来，以多电子半导体量子环构筑量子比特，是对现有单电子半导体量子点方案的新构想。实现量子计算的主要障碍是用于计算的量子态难以保持，就是常说的相干时间短。研究表明，相对于半导体量子点，半导体量子环的限制势易于调节，电子的相干时间更长，利于实现更多的量子比特 *** 作。半导体量子点只能对单个电子自旋进行精细 *** 控，对实验要求高难度大。而多电子量子环利用电子数目和电子自旋态混合编码实现量子比特，因此拥有更多的可 *** 作自由度。此外量子点中，电子被束缚在零维空间。量子环中电子还具有在准一维空间轨道运动的自由度，提供了自旋这种电荷以外新的编码可能。

不仅如此，“与半导体量子点一样，量子环同样可以利用现有的半导体工艺实现，从而可以基于现有技术较为平滑地从经典的半导体芯片过渡到量子芯片。”吴振华说。

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