麻省理工学院（MIT）的工程团队近日宣布，他们成功研制出一种全新的磁性晶体管（magnetic transistor），这一突破性设计有望彻底改变未来电子产品的运行方式。该设备不仅结构紧凑，还具备高性能与内置内存功能，为打造更小、更快且节能的电路提供全新可能。

当前晶体管是现代电子产品的核心组件，但长期以来主要以硅为材料。硅虽然能有效控制电流流动，但其基本物理限制使得晶体管难以在低于特定电压下运行，进而限制了能效与尺寸的进一步缩减。为了突破这一瓶颈，科学界多年来一直尝试利用电子自旋（electron spin）来设计新型组件。电子自旋如同微小磁铁，有望成为操控电流的新途径。然而，过去的磁性材料大多缺乏半导体所需的良好电子特性，导致性能始终无法达标。

此次MIT的研究人员选择以硫溴化铬（chromium sulfur bromide）取代硅，创造出一种全新的磁性半导体晶体管。这种二维材料兼具稳定磁性与良好的电子特性，使得研究人员能够“干净”的在不同磁性状态间切换，大幅提升电流控制的效率。该团队共同资深作者、MIT电子工程与计算机科学系副教授Luqiao Liu表示，我们结合了磁性与半导体物理，实现了一种实用的自旋电子设备（spintronic device）。

Luqiao Liu还表示，研究过程中，团队不仅找到合适的材料，还通过制程优化减少缺陷，使设备性能显著提升。共同主要作者、EECS与物理学系研究生Chung-Tao Chou指出，他们曾尝试多种材料但未果，最终发现硫溴化铬能在空气中保持稳定，并能在低能耗下切换电子属性，这是突破的关键。

另外，在制作流程上，团队首先于硅基板上图案化电极，再将厚度仅数十纳米的二维材料精准转移至其上。不同于传统使用溶剂或胶水的方法，他们利用胶带转移，避免任何污染风险，确保表面洁净度。受益于此，该新型晶体管的性能远超过现有磁性晶体管。以往设备仅能造成电流百分之几的变化，而MIT团队的新设计则能提升10倍以上的电流切换幅度，显示其潜力。目前，研究人员仍通过外部磁场改变材料的磁性状态，但所需能量远低于传统方法。更重要的是，该材料允许直接以电流控制磁性，这意味着未来无需额外磁场，就能在电子产品中逐一操作晶体管。

而除了开关与放大功能，这种磁性晶体管还具备内置内存的特性。传统内存架构需要磁性单元存储资讯，再通过晶体管读取，而MIT的设计则能将这两项功能集成于单一组件。 Luqiao Liu强调，晶体管不仅能打开与关闭，还能记忆资讯。由于切换幅度更大，信号更强，读取速度与可靠性也随之提升。尤其，磁铁早已存在数千年，但这是首次将其有效融入电子产品中，为未来应用与研究打开新方向。

现阶段这项获得美国国防高级研究计划局（DARPA）、美国国家科学基金会（NSF）、能源部、陆军研究办公室、半导体研究公司（SRC），以及捷克教育部等多方支持，部分实验则在MIT.nano设施完成的研究，其成果已刊登于《物理评论快报》（Physical Review Letters）学术期刊上。未来，研究人员计划探索如何纯粹通过电流控制这些晶体管，并开发可扩展的数组制造方法，以推动实际应用。

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