捷克科學家在反鐵磁材料領域的新發現或將改變數據存儲的方式

由捷克科學院物理研究所負責協調的歐盟反鐵磁性自旋電子學(ASPIN)研究項目,發現一種新型記憶材料,可提升數據讀寫速度近千倍,或將改變數據存儲方式。該研究團隊今年在《Science Advances》,《Nature Nanotechnology》和《Nature Communications》的雜誌上發表了一系列關於反鐵磁自旋電子學的文章,《Nature Physics》還為該研究發行了特別版。該研究成果得到了國際廣泛關注。

當前以計算機硬盤存儲器為代表的存儲介質,主要使用磁化現象記錄數據。存儲使用的鐵磁材料中,電子的自旋沿一個方向,很容易使用磁場進行控制、檢測。當寫入磁場被關閉時,電子自旋停止,並且永久固定在寫入方向上,信息因此被存儲記錄下來。

而在非磁性材料中,電子的自旋是隨機取向的,磁化為零,因此理論上來說不能用於記憶。ASPIN項目研究的反鐵磁性材料,表面上和普通的非磁性材料一樣,然而其電子的自旋不是隨機取向的,而是有規律地從一個原子到另一個原子交替。因此,該材料具有兩個相反方向的交錯磁化,並且彼此相互中斷。

該研究首次使用反鐵磁體材料作為記憶材料,不僅介紹了可用於讀寫和存儲信息的新材料,還展示了可與常規計算機連接並使用反鐵磁記憶原理的實驗設備,使數據存儲速度提升了數千倍,同時該材料在人工智能和神經網絡等領域也有很好的應用前景。

ASPIN項目研究基於反鐵磁自旋電子學。自旋電子學是研究電子自旋的電子學領域,自旋是一種量子屬性。從研究的角度來看,該項目遠遠超出了磁記憶,還涉及了自旋電子學與其它現代物理領域,如狄拉克的準粒子和固體材料中的拓撲相滲透。

ASPIN項目協調單位捷克科學院物理研究所長期以來一直在國際自旋電子學領域領先,近十年來在《自然》和《科學》發表了數十篇研究論文,還獲得了來自歐洲研究委員會的兩項計劃資助。ASPIN項目合作方為捷克物理所、捷克查理大學、英國諾丁漢大學、德國馬克斯普朗克研究所、德累斯頓和哈勒·美因茨大學以及西班牙IGSresearch公司。


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