铁磁“三明治”可将数据存储效率提高万倍

美国科学家最新研发出一种铁磁薄膜“三明治”系统,其效率为传统铁磁存储系统的1万倍,有望使更快更紧密且能效更高的用于存储和计算的芯片出现.

铁磁材料包含南极和北极,当用其存储数据时,其表面独立的“域”可能会让极朝上或朝下,以代表1和0.正常情况下,当铁磁材料通电时,电流会推动域顺着电流方向沿表面行进；但此前有科学家发现,域也会朝相反方向行进,最新研究就能解决这个疑问.

科学家们将一块纤薄的铁磁材料薄膜放在金属基座上,在其顶端放置一层氧化物,形成一块铁磁“三明治”.他们发现,当铁磁薄膜置于铂上时,域的运动方向与电流反向；而当其他条件都不变,将铁磁薄膜置于钽上时,域的运动方向与电流同向.这意味着,关键并不在于铁磁材料本身,而在于支撑其的金属是什么.

这表明存在一种效应改变了域的指向.正常情况下,当自旋方向从一个域变化到另一个域（从“上”到“下”时）,改变的方向是随机的.但在这些薄膜“三明治”内,自旋方向要么顺时针要么逆时针.正是这种独特的效应,让电流必须用更多力来推动域,而且域移动的方向可以通过改变放在磁铁下面的非磁金属来改变.这种效应被称为手性效应,这是科学家们首次演示磁域中的手性行为.

该研究的高级作者、麻省理工学院（MIT）材料科学和工程学副教授杰弗里·比奇说：“只有几种磁性材料能表现出手性效应,而且条件极为苛刻：在非常奇特的结构内、温度只比绝对零度高一点且只在完美的单晶体中.而新现象在室温下,在很适合用来做集成电路的设备中就出现了.”

在新的铁磁“三明治”中,推动磁域的力是传统铁磁存储系统的100倍,而需要移动域的能量与力的平方成正比,因此,新系统的效率可能是现有技术的1万倍.另外,新结构完全可以同目前的制造技术相兼容,将有望大大改变存储系统的面貌.

该研究的主要作者、MIT的研究生萨特路·艾莫瑞表示,目前的存储系统有计算机内部的存储系统、磁盘上的存储系统和固态USB存储系统.理论上讲,通过利用新效应,“所有存储系统或许可以由一种材料来满足”.