研究人员已经朝着构建基于硅的计算机迈出了第一步，这种计算机的功耗仅为当今机器的一小部分。一个团队已经将电子注入硅中，使得它们的自旋或磁取向倾向于在一个方向上对齐，而不是在另一个方向上对齐。
尽管报告的效果很细微，但硅以前从未支持过这种实现自旋电子学的尝试——即通过电子的自旋而不是电荷来操纵电子。“对我们来说，这是半导体自旋电子学的圣杯，”特拉华大学纽瓦克分校的物理学家兼电气工程师伊恩·阿佩尔鲍姆说，他参与了这项实验。“只要英特尔还在用硅制造CPU，我们就必须学习如何在硅中操纵自旋。”
自旋电子学的一个承诺是大幅减少计算机中的废热。在普通电子学中，电场推动电子，在此过程中会散发热量。相比之下，自旋可以自行移动或在磁场下移动，而不会产生太多热量。但研究人员此前只证明他们可以在更小众的半导体品种（如砷化镓，用于手机）中可靠地控制电子自旋。
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在新设备中，阿佩尔鲍姆和他的同事们将电子从一层铝中注入，穿过一层薄薄的铁磁体（永磁体），然后注入到纯硅晶体中。铝具有 50-50 的自旋向上和自旋向下电子混合物——两种可能的取向。然而，铁磁体会阻止一种自旋的电子，同时让另一种自旋的电子流入硅中。
研究人员发现，他们的铁磁体势垒使硅具有 1% 的一种自旋类型相对于另一种自旋类型的过量，在 85 开尔文的温度下，他们在今天在线发表在《自然》杂志上的一篇论文中报告了这一结果。
阿佩尔鲍姆说，真正的自旋电子器件需要产生一种自旋类型的纯净流，他补充说，他预计在不久的将来会在这一方面取得“巨大进步”。“目前我们专注于基础材料科学，”他说。“集成显然是一个目标，但目前它还不是近期目标。”
加州大学圣巴巴拉分校的物理学家大卫·奥施洛姆说，这项实验将研究人员为其他材料开发的相同自旋电子学工具带到了硅中。他说，原则上，这种效应应该在室温下起作用，这将使研究人员能够在更真实的条件下研究硅自旋电子学。“这是一项杰出的工作，”他说。