鐵磁性和反鐵磁性共存，原子級厚度二維材料可大幅降低存儲器能耗

科技日報記者 張佳欣

據最新一期《先進材料》雜誌報道，瑞典查爾姆斯理工大學研究人員在開發新型層狀磁性材料方面取得突破。他們研發出一種原子級厚度的二維材料，能夠使鐵磁性和反鐵磁性在材料結構中共存，從而將存儲器的能耗降低至原來的約十分之一。這一發現可能為人工智能、移動技術和高級數據處理帶來新一代超高效、可靠存儲方案。

隨着數字數據量呈指數增長，未來幾十年內，數據存儲、處理和傳輸或將佔全球能源消耗的近30%。這一趨勢迫使科研人員尋找更加節能的存儲技術，同時探索全新的技術可能性。磁性在數字存儲技術發展中已成為關鍵因素。利用磁性材料中電子在外部磁場和電流作用下的行為，人們可以設計更快、更小且更節能的存儲芯片。

通常存在兩種基本磁性狀態，即鐵磁性和反鐵磁性。將這兩種相反磁性結合，既具有科學研究價值，也能為計算機存儲和傳感器提供技術優勢。然而，在此前的存儲器材料中，這種共存只能通過堆疊不同鐵磁和反鐵磁材料的多層結構實現。

此次研究的突破在於，將鐵磁性和反鐵磁性整合到單一的二維晶體結構中，實現了電子方向切換的傾斜磁性。這種設計使電子能夠快速、輕鬆地切換方向，無需外部磁場，從而將存儲器能耗降低至約原來的十分之一。

這種材料由鈷、鐵、鍺、碲等磁性與非磁性元素構成的合金製成，使鐵磁性和反鐵磁性能在單一結構中共存。在存儲器中，這些二維晶體薄膜通過範德華力層疊，而非傳統的化學鍵結合，避免了多層堆疊中的界面問題，提高了製造可靠性，同時簡化了生產工藝。