电化学器件广泛应用于电池、电容器、传感器和晶体管等多种技术领域。这类电化学器件的正常工作需要电场来驱动离子传输和电化学过程。这条看似简单却又严格的规则长期以来阻碍了电化学及相关技术的创新;然而,伍斯特理工学院-数学与应用研究所 (WPI-MANA) 的研究人员近期开发出“电化学器件的磁控”技术,挑战了这一规则。.
WPI-MANA的研究人员土屋隆、寺部和也及其合作者没有使用电子设备,而是利用小型磁铁来驱动离子。他们通过磁场控制液态电解质(含[Bmim]FeCl4)中顺磁性FeCl4离子的传输,实现了典型电化学器件——双电层晶体管(EDLT)的运行。EDLT是一种利用半导体/电解质界面处的双电层(EDL)来调节半导体电子载流子密度的晶体管。尽管其开关比低于传统的电场控制EDLT,但他们成功地利用磁场切换了单晶/金刚石电解质界面(100)上二维空穴(厚度为几纳米)的电导率。.
磁性离子控制为离子范式所实现的纳米电子学增添了新的维度,该范式由伍斯特理工学院-纳米技术与应用研究所 (WPI-MANA) 首创,被称为原子开关*。这种控制技术具有显著影响,甚至对其他电化学器件也具有重要意义。它有望催生传统方法无法实现的创新应用。此外,这一发现也促进了高性能磁性电解质的研发,从而为此类创新提供支持。.
电化学作为一门已被广泛研究的化学分支,其交叉学科领域——磁学,是为数不多的尚未开发的领域之一。毫无疑问,研究人员将会像磁铁吸引铁砂一样,被它深深吸引。.
 
* 参考
K. Terabe、T. Hasegawa、T. Nakayama 和 M. Aono,“量子化电导原子开关”,《自然》433,47-50 (2005),“原子开关抵达外太空”。31 (2017)
参考
T. Tsuchiya、M. Imura、Y. Koide 和 K. Terabe。磁电化学电池和双电层晶体管的磁控制。科学报告 7, 10534 (2017)。.

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