打破硅电子产品的极限！绝缘反铁磁材料，或将开启计算机新篇章

康乃馨老太

基于绝缘反铁磁体的未来计算机技术正在进步，电绝缘反铁磁体如氧化铁和氧化镍由取向相反的微观磁体组成。研究人员认为它们是很有前途的材料，可以取代计算机中现有的硅组件。Johannes Gutenberg University Mainz(JGU)的物理学家与日本仙台东北大学、柏林Helmholtz-Zentrum(HZB)同步辐射源BESSY-II以及英国的国家同步加速器钻石光源(Diamond Light Source)合作，演示了如何在绝缘反铁磁性材料中以电学方式写入和读取信息。

通过将同步加速器成像观察到的磁结构变化与在JGU执行的电测量相关联，有可能识别写入机制。这一发现为从超快逻辑到信用卡的应用开辟了道路，这些应用不能被外部磁场擦除，这要归功于反铁磁体比铁磁体优越的特性，这项研究已经发表在《物理评论快报》期刊上。反铁磁材料潜在地能让存储元件比现有的常规电子产品更快，并且具有更高的存储容量。然而，这些材料很难控制和检测，这使得设备中的写入和读取操作具有挑战性。

在1970年的诺贝尔奖演讲中，路易斯·内尔(Louis Néel)将反铁磁性材料描述为有趣但无用的材料。人们认为，只有通过非常强的磁场才能操纵这些材料，而这种磁场不容易产生，并且需要，例如，使用超导磁体。在过去的几年中，情况发生了巨大的变化，有报告显示，通过电流可以有效地控制反铁磁性材料，甚至包括绝缘体。美因茨大学Marie SkOdowska-Curie研究员、论文第一作者Lorenzo Baldrati博士说：由于不断的技术进步，很快就会达到基于硅的传统电子产品极限。

这是推动自旋电子学研究的主要原因，自旋电子学不仅旨在利用电子的电荷，还旨在利用自旋自由度，使携带和计算的信息量加倍，研究表明，反铁磁性绝缘体材料可以有效地写入和读取，这是考虑到应用的关键步骤。JGU小组的Olena Gomonay教授开发了这一理论，Golomay说：我喜欢美因茨大学实验同事们的联合工作，看到理论和实验如何相互帮助发现新的物理机制和现象是令人兴奋的，虽然研究工作只集中在一个特定的系统上，但它可以被认为是反铁磁绝缘体家族的理论证明。

研究人员希望，在这个项目中对反铁磁动力学的深入理解，将推动反铁磁自旋电子学令人兴奋的领域，并将成为研究小组新的联合项目的一个起点。通过电自旋霍尔磁电阻测量和直接成像来探测绝缘反铁磁，即重金属系统的电流诱导磁切换，确定畴壁(DW)运动发生的反转。通过施加电流脉冲，观察到超过三分之一的反铁磁畴的转换。研究数据揭示了导致有效开关的两种不同磁切换机制，即自旋电流引起的有效磁各向异性变化和自旋力矩对DWS的作用。
博科园｜研究/来自：美因茨大学
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