Skyrmion晶体管的操作。a）Skyrmion晶体管器件几何形状。蓝色虚线框是一个天空通道。红色虚线框充当天空生成器，绿色虚线框是天空门。比例尺，10μm。b）从初始状态;c）产生天空;和D-F）Skyrmion移动并穿过Skyrmion门区域。g–k）通过施加正栅极电压脉冲降低skyrmion栅极区域中的PMA后，k）生成的skyrmion在skyrmion栅极区域的右侧界面处被阻塞。l-p）通过施加负栅极电压脉冲在skyrmion门区域返回PMA后，p）Skyrmion可以再次通过skyrmion门区域。图片来源：韩国标准科学研究院（KRISS）

在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的悬崖上，超低功耗和卓越性能有望成为现实。为了说明其潜力，可以这样考虑:年AlphaGo在其著名的围棋比赛中消耗的电力相当于户家庭每天的用电量。到年，特斯拉的自动驾驶人工智能需要十倍以上的学习能力。

为了应对这种不断增长的需求，韩国标准与科学研究院(KRISS)率先开发了世界上第一个能够控制skyrmins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，预计将对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以旋涡状的自旋结构排列，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式增长可以追溯到年美国贝尔实验室发明的晶体管。晶体管作为电流的放大器和开关，在电子工程领域起着举足轻重的作用。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。

这一瓶颈已经被KRISS新开发的skyrmion晶体管所克服，该晶体管利用专利技术以电子方式管理磁性材料中skyrmions的运动。这种创新的解决方案可以精确控制离子流动或停止，类似于传统晶体管调制电流的方式。

控制磁粒子运动的一个关键方面是控制磁各向异性，磁各向异性会影响磁粒子的能量。以往的研究试图通过氧在器件内的运动来调节磁各向异性，但未能实现均匀控制。

克服了这一挑战，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，这标志着世界上第一个实验实现了skyrmion晶体管。

继该研究所于年在skyrmions的生成、删除和移动方面取得成就之后，这一里程碑代表了自旋电子设备的又一项基础技术。自旋电子学晶体管的出现将加速基于自旋电子学的器件的发展，如神经形态和逻辑器件，它们在功耗、稳定性和速度方面比传统电子器件具有实质性的优势。

KRISS量子技术研究所所长陈永黄博士表示:“韩国主要企业正在将重点转向利用自旋电子学的下一代半导体，以超越目前硅半导体的限制。我们计划进一步推进自旋电子学相关技术，并将其整合到下一代半导体器件和量子技术中。”

回顾这一成就的意义，KRISS首席研究员杨承模博士说:“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。”

更多信息：SeungmoYang等人，具有电压控制磁各向异性的磁性Skyrmion晶体管门控，先进材料（）。DOI：10.2/adma.08881

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