新型鈣鈦礦材料：有望引領新一代數據存儲設備

研究發現的CH3NH3(Mn:Pb)I3晶體

（圖片來源於：László Forró/瑞士洛桑聯邦理工學院 ）

引言

新的技術突破往往離不開新的材料。最近，瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家，開發一種新型「鈣鈦礦材料」，「可以應用於新一代硬碟的製造」。這項研究發表在《自然通信》雜誌上，它描述了史上首個「磁光電導體」。

信息爆炸，新一代存儲設備如何應對？

在這個信息爆炸的時代，我們產生和接觸到的數據信息量越來越多。所以，存儲系統例如硬碟，需要「更高的密度和效率」，同時也需要「存儲介質能夠被快速、簡便地的操作」，有利於數據讀寫。

新型鈣鈦礦材料是如何脫穎而出的？

然而，最近瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家開發一種鈣鈦礦材料，「它的磁序可以被迅速改變，不會因為加熱而受到破壞」，正好滿足了以上的需求。

在Laszló Forró 實驗室進行的一個項目，由Bálint Náfrádi 領導。他們合成了一種「鐵磁性的光電材料」。鈣鈦礦光電材料，對於我們來說並不陌生，我們之前的文章《可見光通信領域重要進展：鈣鈦礦納米晶體光轉換器》，就提到過這種材料在光轉換器方面的應用。可是現在，這種材料「目前正在逐漸變成硅系統的廉價替代品」，引起了能源科學家的廣泛興趣。但是，作為鈣鈦礦的修改版本，該材料表現出了一些獨特的屬性，讓它特別有望引領新一代數字存儲系統。

這種材料的磁性，是由材料的「局部相互作用」以及「移動的電子」產生。它是電子不同的運動之間競爭而產生的結果。這意味著，材料中產生的磁性狀態是聯動的，如果不改變材料的化學過程中的電子結構或者晶體結構，它不會發生反轉。

但是，一種可以輕易改變磁性的方法，在許多應用例如數據存儲方面，具有巨大的優勢。瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家開發的新型材料，正是做到了這一點。Bálint Náfrádi 說，「我們已經從本質上發現了。」 這種晶體結構聯合了鐵磁體和光電導體的優勢，它們的「電磁矩以一個良好的順序對齊」，而且「通過光照可產生高密度自由傳導的電子」。

這兩種屬性的結合產生了一種全新的現象：「光電子磁化的「溶解」，當有光照射的時候，電子由從物質中激發出來」。在新型鈣鈦礦材料中，一種簡單的紅色LED（比激光指示器的光線要弱很多），「足以破壞或者「溶解」材料中的磁序，產生高密度自由移動的電子」。通過調整光線的強度，它被完全自由、持續地調整。「改變這種材料磁性的時間很短，幾乎只需要千萬億分之一秒」。

這種新型材料的未來如何？

雖然仍然在實驗階段，所有這些屬性表明新材料可以用於構建新一代的存儲器系統，具有更高的容量和更低的能耗。Náfrádi 認為：

「這項研究為開發新一代磁光數據存儲設備奠定了基礎。它結合了磁性存儲的（長期穩定性、高數據密度、非易失性操作、各重寫性）和光學讀寫速度快的優勢。」

參考資料

【1】https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-11/epfd-anp112316.php

【2】B. Náfrádi, P. Szirmai, M. Spina, H. Lee, O. V. Yazyev, A. Arakcheeva, D. Chernyshov, M. Gibert, L. Forró, E. Horváth. Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3. Nature Communications 24 November 2016. DOI: 10.1038/ncomms13406 D

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