下一代信息存儲材料——反鐵磁材料

2020-09-03 TechSugar

由於技術的不斷更新，基於矽的傳統電子技術正快速接近其極限，例如物理特性的極限。自旋電子學以及反鐵磁材料都是可替代方案，它們可以在相同空間內存儲兩倍多的信息。


文︱蘇嵐


目前，越來越多的信息需要存儲，但終端設備卻越來越小。此外，由於技術的不斷更新，基於矽的傳統電子技術正快速接近其極限，例如物理特性的極限，如存儲信息所需的比特數或電子數。自旋電子學以及反鐵磁材料都是可替代方案。它們不僅僅可用來存儲信息的電子，還有它們的旋轉都包含電磁信息。這樣，可以在相同空間內存儲兩倍多的信息。


美因茨大學的研究人員發現可以在反鐵磁材料中存儲信息，並能評估其寫入操作的效率。


反鐵磁性是材料的一種磁性，磁矩反平行交錯有序排列，但不表現宏觀強的淨磁矩，這種磁有序狀態稱為反鐵磁性。在反鐵磁性物質內部，相鄰價電子的自旋趨於相反方向，這些物質的淨磁矩為零，不會產生磁場。具有反鐵磁性的物質比較不常見，大多數隻存在於低溫狀況下。具有反鐵磁性的物質有鉻、錳、輕鑭系元素等。


最近，美因茨約翰內斯古滕貝格大學（JGU）研究人員和日本仙臺東北大學合作證實了採用反鐵磁材料存儲信息是可行的，」我們不僅能展示在反鐵磁材料中存儲信息基本可行，而且還能有效評估電子信息寫入絕緣反鐵磁材料中的效率。」JGU的Mathias Kläui教授小組研究員洛倫佐·巴爾德拉蒂（Lorenzo Baldrati）博士說道。為了進行評估，研究人員採用反鐵磁絕緣氧化鈷（CoO）——一種可幫助實現應用落地的模型材料。結果顯示：通過電流控制反鐵磁材料比磁場更有效率。


這一發現擴展了反鐵磁性材料的應用領域，包括從不能用外部磁場進行消磁的智慧卡片到超快計算機——這都得益於反鐵磁體擁有的超於鐵磁體的優越性能。相關研究論文已經於近期發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。未來，JGU的研究人員還想研究信息可以多快被存儲以及寫入的存儲器可以多「小」。


磁性材料早就被人們運用在生活的各個領域，如電子、自動化、通信、家用電器等諸多領域，而且信息存儲、處理與傳輸的進步已經離不開磁性材料的理論研究的發展和實驗方法的創新。而反鐵磁性已被提出大半個世紀，其實際應用一向不被看好，後來法國的物理學家阿爾貝-費爾和他的研究小組於 1988 年研究發現了在單層交替的鐵、鉻薄膜所製成的鐵-鉻超晶格薄膜中的巨磁電阻效應(GMR)之後，才正式開啟了自旋電子學的研究熱潮。


然而目前對於是否可能在反鐵磁材料中存儲電子信息業還具有爭議性。Mathias Kläui教授表示，美因茨大學和日本東北大學在自旋電子學領域已經進行了長期的合作，未來，兩個大學還將設立首個聯合學位，並針對反鐵磁自旋電子學這個新興領域組建優秀的國際團隊，共同研究反鐵磁性和自旋電子學技術及其應用。


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