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日本开发出基于磁诱导离子运动的新型晶体管
2018-01-02

[据物理学组织网站20171227日报道] 就像磁铁吸引沙坑中的铁颗粒一样,永磁体只能吸引电化学溶液中的一种类型的离子,构成磁控电化学晶体管的基础。

电化学器件在很多技术领域得到了应用,包括电池、电容器、传感器和晶体管等。这些电化学装置的运行需要一个诱导离子运动和电化学过程的电场。这一简单但严格的规律严重限制了电化学和相关技术的发展和创新。日本世界顶级计划材料纳米结构学国际研究中心(WPI-MANA)的研究人员最近通过对磁控电化学器件的研究工作成功打破了这一限制,开发出世界首个磁控电化学晶体管。

研究人员利用一个小磁体替换电力设备来驱动离子,通过磁场控制电解质溶液中顺磁性四氯化铁(FeCl4)离子(或四氯化铁离子液体)的运动来操纵一个典型的电化学装置,即双电层晶体管(EDLT)。双电层晶体管是一种利用半导体/电解质界面的双电层来调控半导体电子载流子浓度的晶体管。研究人员发现,利用磁场可在金刚石单晶(100)面与电解质溶液的界面上成功控制具有纳米级厚度的二维空穴气的导电能力,尽管开关比比利用电场进行控制的普通双电层晶体管稍低一些。

WPI-MANA研究人员发明的可利用磁场来控制离子运动的原子开关,开创了“基于离子的纳电子学”的全新范式,将对电化学器件和装置的发展产生深远的影响,有望开创利用传统方法所无法实现的创新性应用。此外,这一发现还将带动高性能磁性电解质的研发。电化学作为化学学科的一个重要分支,已经在全球范围内得到了广泛的研究,但是它与磁学的交叉研究领域仍是为数不多的几个前沿领域之一。毫无疑问,这一交叉领域必将吸引更多的科研人员来从事相关研究,就像沙子中的铁被吸铁石吸引那样。(工业和信息化部电子第一研究所  李铁成)

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