具有固体电解质的锂离子晶体管。免费技术图书馆新闻

锂离子固体电解质晶体管

22.11.2020

自旋电子学是应用物理学中最热门的领域之一，它涉及利用电子自旋来执行有用功能的设备。然而，测量这种基本的量子特性，一般来说，操纵它仍然是一项艰巨的任务。

由东京大学和国家材料科学研究所 (NIMS) 的一组科学家进行的研究结果应该有助于解决当前自旋电子器件的一些局限性，例如功耗过大、工作温度低、以及对稀有和昂贵材料的需求。

日本工程师提出了一种简单而有效的策略来改变典型铁磁材料磁铁矿 (Fe3O4) 的磁化角度。

该团队能够设计出一种氧化还原（氧化还原）晶体管，该晶体管包含氧化镁上的磁铁矿薄膜和添加了微量锆的固体硅酸锂电解质。将锂离子引入固体电解质中，可以实现室温下磁化角的旋转，并显着改变电子载流子的密度。这种磁化的旋转是由电子注入铁磁体引起的自旋轨道耦合的变化引起的。

与以前使用强外部磁场或自旋电流控制磁化角度的尝试不同，新方法基于可逆电化学反应。施加外部电压后，锂离子从顶部电极（钴酸锂）通过电解质迁移到磁铁矿层中。离子被引入这种材料的结构中，形成化合物 LixFe3O4，并由于电荷载流子的变化而导致其磁化角发生明显的旋转。

利用这种效应，在实验中可以将磁化角可逆地改变约 10°。作者通过增加电压，甚至可以将磁化强度翻转 56°，但是，由于锂离子过饱和导致晶体结构变形，这种变化不再完全可逆。

所得装置具有相对简单的设计，易于工业制造。在室温下控制磁化的能力显着使经济的自旋电子设备的出现更接近于解决广泛的实际问题。

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为了让事情变得更简单，3 年 2009 月 4 日，莱斯特大学的科学家推出了一个名为 Ionic Liquid Demonstrator 的设施，这是一套可用于开发和演示相关技术的半工业设备。莱斯特液体的基础是维生素 BXNUMX、氯化胆碱。

这种物质被认为是无害的，在任何情况下，对其使用都没有限制。通过在维生素熔体中添加盐和其他物质，可以实现其特性与特定任务相对应。现在演示器展示了离子液体在金属加工中的可能性——电抛光、电镀和施加氧化物涂层。众所周知，电镀是一个危险而肮脏的行业，会产生大量有毒废物。

“离子液体的使用降低了能源成本，减少了污染，提高了产品质量，”化学系主任安迪·阿博特说。“。

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