新的Skyrmion晶体管推动量子和人工智能研究

在一个能源危机不断升级的时代，世界正站在自旋电子学技术变革革命的悬崖边上，承诺超低功耗和卓越的性能。为了说明其潜力，请考虑一下：AlphaGo在2016年著名的围棋游戏中消耗的电力相当于100户家庭的日常用电量。到2021年，特斯拉的自动驾驶人工智能需要超过十倍的学习能力。

为了应对这一不断增长的需求，韩国标准与科学研究院(KRISS)率先推出了世界上第一个能够控制天空离子的晶体管。这一突破为下一代超低功耗器件的开发铺平了道路，预计将为量子和人工智能研究做出重大贡献。研究结果发表在《先进材料》杂志上。

Skyrmions以涡旋状自旋结构排列，是独一无二的，因为它们可以小型化到几纳米，使它们能够以极低的功率移动。这一特性使它们成为自旋电子学应用发展的关键因素。

21世纪电子工程的爆炸性增长可以追溯到1947年美国贝尔实验室发明的晶体管。作为电流的放大器和开关，晶体管在电子工程领域一直发挥着关键作用。2009年Skyrmion的发现引发了对基于skyrmion的晶体管的广泛研究，但缺乏控制skyrmion运动的基本技术阻碍了这些努力。

KRISS新开发的skyrmion晶体管已经克服了这一瓶颈，该晶体管利用专有技术以电子方式管理磁性材料中产生的skyrmion的运动。这种创新的解决方案能够精确控制Skyrmion流量或停止，类似于传统晶体管调制电流的方式。

管理磁天体运动的一个关键方面在于控制磁各向异性，这会影响磁天体的能量。以前的研究试图通过设备内的氧气运动来调节磁各向异性，但未能实现均匀控制。

克服这一挑战，KRISS量子自旋团队开发了一种突破性的方法，通过利用氧化铝绝缘体中的氢来均匀控制磁各向异性，这标志着Skyrmion晶体管实验实现的世界首创。

这一里程碑代表了自旋电子学器件的另一项基础技术，继该研究所 2021 年在 skyrmion 的生成、删除和移动方面取得的成就之后。自旋电子晶体管的出现将加速基于自旋电子学的器件的开发，例如神经形态和逻辑器件，与传统电子设备相比，这些器件在功耗、稳定性和速度方面具有显著优势。

KRISS量子技术研究所所长Chan Yong Hwang博士说：“韩国主要公司正在将重点转向下一代半导体，这些半导体利用自旋电子学来超越当前硅半导体的限制。我们计划进一步推进自旋电子学相关技术，并将其纳入下一代半导体器件和量子技术。

KRISS高级研究员Seungmo Yang博士在反思这一成就的重要性时说：“晶体管点燃了20世纪的数字革命。现在，skyrmion晶体管有望催化类似的转变，推动21世纪的自旋电子学技术革命。

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