基于絕緣反鐵磁體的未來計算機技術(shù)正在進步，電絕緣反鐵磁體如氧化鐵和氧化鎳由取向相反的微觀磁體組成。研究人員認為它們是很有前途的材料，可以取代計算機中現(xiàn)有的硅組件。

Johannes Gutenberg University Mainz(JGU)的物理學(xué)家與日本仙臺東北大學(xué)、柏林Helmholtz-Zentrum(HZB)同步輻射源BESSY-II以及英國的國家同步加速器鉆石光源(Diamond Light Source)合作，演示了如何在絕緣反鐵磁性材料中以電學(xué)方式寫入和讀取信息。

通過將同步加速器成像觀察到的磁結(jié)構(gòu)變化與在JGU執(zhí)行的電測量相關(guān)聯(lián)，有可能識別寫入機制。這一發(fā)現(xiàn)為從超快邏輯到信用卡的應(yīng)用開辟了道路，這些應(yīng)用不能被外部磁場擦除，這要歸功于反鐵磁體比鐵磁體優(yōu)越的特性，這項研究已經(jīng)發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。反鐵磁材料潛在地能讓存儲元件比現(xiàn)有的常規(guī)電子產(chǎn)品更快，并且具有更高的存儲容量。然而，這些材料很難控制和檢測，這使得設(shè)備中的寫入和讀取操作具有挑戰(zhàn)性。

在1970年的諾貝爾獎演講中，路易斯·內(nèi)爾(Louis Néel)將反鐵磁性材料描述為有趣但無用的材料。人們認為，只有通過非常強的磁場才能操縱這些材料，而這種磁場不容易產(chǎn)生，并且需要，例如，使用超導(dǎo)磁體。在過去的幾年中，情況發(fā)生了巨大的變化，有報告顯示，通過電流可以有效地控制反鐵磁性材料，甚至包括絕緣體。美因茨大學(xué)Marie Sk?Odowska-Curie研究員、論文第一作者Lorenzo Baldrati博士說：由于不斷的技術(shù)進步，很快就會達到基于硅的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品極限。

這是推動自旋電子學(xué)研究的主要原因，自旋電子學(xué)不僅旨在利用電子的電荷，還旨在利用自旋自由度，使攜帶和計算的信息量加倍，研究表明，反鐵磁性絕緣體材料可以有效地寫入和讀取，這是考慮到應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。JGU小組的Olena Gomonay教授開發(fā)了這一理論，Golomay說：我喜歡美因茨大學(xué)實驗同事們的聯(lián)合工作，看到理論和實驗如何相互幫助發(fā)現(xiàn)新的物理機制和現(xiàn)象是令人興奮的，雖然研究工作只集中在一個特定的系統(tǒng)上，但它可以被認為是反鐵磁絕緣體家族的理論證明。

研究人員希望，在這個項目中對反鐵磁動力學(xué)的深入理解，將推動反鐵磁自旋電子學(xué)令人興奮的領(lǐng)域，并將成為研究小組新的聯(lián)合項目的一個起點。通過電自旋霍爾磁電阻測量和直接成像來探測絕緣反鐵磁，即重金屬系統(tǒng)的電流誘導(dǎo)磁切換，確定疇壁(DW)運動發(fā)生的反轉(zhuǎn)。通過施加電流脈沖，觀察到超過三分之一的反鐵磁疇的轉(zhuǎn)換。研究數(shù)據(jù)揭示了導(dǎo)致有效開關(guān)的兩種不同磁切換機制，即自旋電流引起的有效磁各向異性變化和自旋力矩對DWS的作用。

博科園｜研究/來自：美因茨大學(xué)

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.177201

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)