日本開發新型磁性材料，助力半導體存儲設備降耗增效

近日，來自日本理化學研究所的物理學家們展示了如何通過用新型磁性材料取代傳統磁性材料來制造更快、更低功耗的存儲設備。

在傳統的硬盤驅動器中，磁盤必須在物理上移動才能讀取和寫入數據，但這樣做的缺點是運行速度較慢，而且容易受到機械問題的影響。與之相比，更好的方法是舍棄機械裝置、轉而使用電流來移動磁區之間的“墻壁”——磁性材料中的微觀區域，磁矩在其中以一致的方式排列——利用這種原理，人們有望實現制造快速、低功耗的存儲設備。

日本理化學研究所新興物質科學中心的YoshichikaOtani解釋道：“就硬盤驅動器而言，你需要一個必須以物理方式移動的小線圈，但是對于基于磁區壁的設備，你不需要任何機械運動。相反，磁區壁本身會移動，你可以通過電子方式讀取和寫入信息，而無需任何機械運動�！�

此前，電流磁區壁設備的研究一直在使用鐵磁磁區進行，其中所有磁區中的自旋都是平行的，而且需要很高的電流密度來推動磁區壁移動，這會導致高能耗；這些磁區還會產生雜散磁場，這使得將它們壓縮到較小的空間中變得具有挑戰性，從而使設備微型化變得困難。

現在，Yoshichika和他的同事展示了一種基于“反鐵磁材料”構建磁區壁設備裝置的新方法，克服了這一困難。自旋沿交替方向排列的反鐵磁磁區可以克服這兩個問題，但是它們的凈磁場較低是一把雙刃劍——對于設備的微型化是有益的，但它們使得操控和檢測這些磁區變得困難。

他們的秘訣是使用“非共線反鐵磁體”，其中亞晶格矩形成簇狀磁性八極子（如下圖所示），這與更常用的具有兩極、類似于微型長條磁鐵的磁性偶極子形成對比。利用這種結構，該研究團隊能夠將磁區壁的速度加快到750米每秒，而只需消耗移動鐵磁磁區壁所需電流密度的百分之一左右。

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