麻省理工学院弗朗西斯比特磁铁实验室的研究人员开发出一种新型磁性半导体，可以大大提高未来电子设备的计算能力和灵活性，同时大幅降低功耗。

这项工作在4月份的“自然材料”杂志上发表。

这种新材料在自旋电子学领域 - 或“自旋电子学”领域迈出了重要一步 - 电子的自旋状态被利用来携带，操纵和存储信息。传统的电子电路仅使用电子的电荷状态(电流开或关)，但这些微小颗粒也具有自旋方向(向上或向下)。

笔记本电脑和iPod等设备已经采用自旋电子技术在其超大容量磁性硬盘中存储信息，但使用电子自旋状态通过电路处理信息将是计算领域的一大进步。

“我们可以同时以两种方式传递信息，这将使我们能够进一步缩小电子电路的尺寸，”磁铁实验室的高级研究科学家兼研究团队负责人Jagadeesh Moodera说。今天的电路通过改变通过电子的电流的开/关状态来携带信息。那些相同的电子可以通过其自旋方向携带额外的信息。

由Moodera团队创建的磁性半导体材料是氧化铟，并添加少量铬。它位于传统的硅半导体之上，在那里它将给定自旋取向的电子注入半导体中。然后，自旋极化电子穿过半导体并由电路另一端的自旋检测器读取。

虽然新材料本身很有前景，但Moodera说真正的突破是他们证明材料的磁性行为取决于原子的周期性排列中的缺陷或缺失的原子(空位)。之前的这种因果关系是不确定的，但是Moodera的团队能够通过控制原子水平的缺陷来调整材料在很宽范围内的磁性行为。

“这是一直缺少的，”他说。“它的美妙之处在于，我们的工作不仅表明这种磁性半导体是真实的，而且在技术上也非常有用。”

新材料在室温下注入自旋的能力及其与硅的兼容性使其特别有用。据Moodera称，它的光学透明性意味着它还可以应用于太阳能电池和触摸屏电路。

除了减小电路尺寸外，自旋电子学还可以创建更多功能的器件，因为电子自旋可以使用电极门沿着电路可逆地(从上到下，反之亦然)改变。“我们目前拥有多功能手机，例如手机，相机和音乐播放器，”Moodera说。“自旋电子学在未来可以创造出更大的多功能性。”

自旋电子学还可以降低信息设备的功耗。旋转状态被认为是“非易失性的”，这意味着它们即使在电源关闭时也能保留存储的信息 - 这就是磁性硬盘在没有电源的情况下保存信息的原因。自旋电子设备可以创建类似操作的电路，存储和传递信息，而无需连续电流来保留数据。“在这样的系统中，我们可以在不移动费用的情况下传输旋转信息，”Moodera说。“这就像在池塘中创造一个波纹 - 它在不增加更多能量的情况下一路行进。”

协助研究的有磁铁实验室的博士后助理John Philip和材料科学与工程系的研究生Tiffany Santos。该研究是麻省理工学院，博伊西州立大学(爱达荷州)和韩国科学技术研究所(KIST)的共同努力，得到了KIST-MIT项目，国家科学基金会和海军研究办公室的支持。这项工作最初是在剑桥 - 麻省理工学院开始的。