下一代信息存储材料——反铁磁材料

转载: TechSugar 2020-09-01
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由于技术的不断更新,基于硅的传统电子技术正快速接近其极限,例如物理特性的极限。自旋电子学以及反铁磁材料都是可替代方案,它们可以在相同空间内存储两倍多的信息。


目前,越来越多的信息需要存储,但终端设备却越来越小。此外,由于技术的不断更新,基于硅的传统电子技术正快速接近其极限,例如物理特性的极限,如存储信息所需的比特数或电子数。自旋电子学以及反铁磁材料都是可替代方案。它们不仅仅可用来存储信息的电子,还有它们的旋转都包含电磁信息。这样,可以在相同空间内存储两倍多的信息。


美因茨大学的研究人员发现可以在反铁磁材料中存储信息,并能评估其写入操作的效率。


反铁磁性是材料的一种磁性,磁矩反平行交错有序排列,但不表现宏观强的净磁矩,这种磁有序状态称为反铁磁性。在反铁磁性物质内部,相邻价电子的自旋趋于相反方向,这些物质的净磁矩为零,不会产生磁场。具有反铁磁性的物质比较不常见,大多数只存在于低温状况下。具有反铁磁性的物质有铬、锰、轻镧系元素等。


最近,美因茨约翰内斯古滕贝格大学(JGU)研究人员和日本仙台东北大学合作证实了采用反铁磁材料存储信息是可行的,”我们不仅能展示在反铁磁材料中存储信息基本可行,而且还能有效评估电子信息写入绝缘反铁磁材料中的效率。”JGU的Mathias Kläui教授小组研究员洛伦佐·巴尔德拉蒂(Lorenzo Baldrati)博士说道。为了进行评估,研究人员采用反铁磁绝缘氧化钴(CoO)——一种可帮助实现应用落地的模型材料。结果显示:通过电流控制反铁磁材料比磁场更有效率。


这一发现扩展了反铁磁性材料的应用领域,包括从不能用外部磁场进行消磁的智能卡片到超快计算机——这都得益于反铁磁体拥有的超于铁磁体的优越性能。相关研究论文已经于近期发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。未来,JGU的研究人员还想研究信息可以多快被存储以及写入的存储器可以多“小”。


磁性材料早就被人们运用在生活的各个领域,如电子、自动化、通信、家用电器等诸多领域,而且信息存储、处理与传输的进步已经离不开磁性材料的理论研究的发展和实验方法的创新。而反铁磁性已被提出大半个世纪,其实际应用一向不被看好,后来法国的物理学家阿尔贝-费尔和他的研究小组于 1988 年研究发现了在单层交替的铁、铬薄膜所制成的铁-铬超晶格薄膜中的巨磁电阻效应(GMR)之后,才正式开启了自旋电子学的研究热潮。


然而目前对于是否可能在反铁磁材料中存储电子信息业还具有争议性。Mathias Kläui教授表示,美因茨大学和日本东北大学在自旋电子学领域已经进行了长期的合作,未来,两个大学还将设立首个联合学位,并针对反铁磁自旋电子学这个新兴领域组建优秀的国际团队,共同研究反铁磁性和自旋电子学技术及其应用。


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