最新研究表明：反鐵磁體有望帶來高速穩定的存儲器！
背景
時下，基於自旋的電子學，或稱「自旋電子學」（spintronics）正成為一門新興的前沿學科。前幾天，筆者在《二維材料讓自旋電子學和納米光子學結合得更緊密！》一文的背景部分對於自旋電子學作了簡單介紹。從中，我們不難發現，電子自旋和磁矩是自旋電子學中兩個非常關鍵的概念。另外，在自旋電子學中，信息通常由鐵磁體的磁化方向來定義。
舉個例子，筆者曾在《存儲技術最新突破：有助於改善類腦計算與存儲！》一文中介紹過「磁致電阻」（magnetoresistance）效應，以及美國明尼蘇達大學研究的一種涉及磁阻效應的新型拓撲絕緣體。未來，這種拓撲絕緣體將改善計算機計算與存儲。在拓撲絕緣體-鐵磁體雙層中，研究人員首次展示了這種磁致電阻現象的存在。
下圖是磁阻效應的示意圖。電子自旋在拓撲絕緣體中產生。那些處於鐵磁體和拓撲絕緣體介面處的電子自旋與鐵磁體產生交互作用，為設備帶來高電阻或者低電阻，這一點取決於磁場和自旋的相對方向。
（圖片來源： 明尼蘇達大學）
自旋電子學的應用包括：硬碟磁頭、磁性隨機內存、自旋場發射晶體管、自旋發光二極體等等。自旋電子學存儲器件相比於傳統的存儲器件，具有存儲密度高、能耗低、響應快等多項優勢。
創新
近期，研究人員也對於利用反鐵磁體產生了興趣。為了方便大家理解，先介紹一下反鐵磁性。反鐵磁性是指：磁矩反平行交錯有序排列，但不表現宏觀強的凈磁矩，表現為一種磁有序狀態。與鐵磁性一樣，其微小磁矩在磁疇內排列整齊，所不同的是，在這些材料中，反平行排列相互對立。
（圖片來源：維基百科）
近日，德國美因茨大學的物理學家展示了在反鐵磁體中讀出和寫入數字信息是技術上可行的，它將有望帶來超快速且穩定的磁存儲器。他們的研究論文線發表於《自然通信》（Nature Communications）雜誌。
（圖片來源：參考資料【2】）
技術
在這裡，信息編碼於磁矩調製方向中，也稱為「Néel矢量」。原則上講，反鐵磁性物質能夠帶來更加快速的信息寫入，對於外部場的干擾也表現得非常穩定。然而，這些優勢也表示，Néel矢量的操作和讀出過程非常具有挑戰性。迄今為止，科學家們僅通過利用半金屬銅錳砷（CuMnAs）實現過，然而這種化合物在應用方面具有一些缺陷。
現在，美因茨大學（JGU）的科學家們演示了Néel矢量電流感應開關，也可以通過由錳和金的化合物Mn2Au組成的金屬薄膜實現。Mn2Au在高溫條件下具有反鐵磁性。特別是，測量到的磁阻比CuMnAs高10倍。
這種令人吃驚的巨大效應可以通過過量金原子的外部散射來解釋，正如Libor ?mejkal 的推論所解釋的一樣。Libor ?mejkal 工作於與捷克科學院合作的組織中，目前正在美因茨大學Jairo Sinova 教授的小組中開展他的博士研究項目。
價值
這項研究的項目領頭人 Martin Jourdan 博士解釋道：「這些計算對於理解我們小組博士生 Stanislav Bodnar 開展的實驗工作來說非常重要。我們將Mn2Au 作為開啟未來反鐵磁性自旋電子學的主要候選物。除了這種化合物具有巨大的磁阻以外，其他的重要優點還包括它的無毒成分，以及它可以工作於更高的溫度條件下。」
關鍵字
存儲技術、磁性、自旋電子學
參考資料
【1】http://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/3937_ENG_HTML.php
TAG:IntelligentThings |