原子薄磁器件可能导致新的存储技术

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磁性材料是现代数字信息技术的支柱,如硬盘存储。华盛顿大学领导的团队现在通过使用仅仅是几层原子厚度的磁体来编码信息,进一步迈出了这一步。这一突破可能通过使数据存储以更大的密度和提高的能效来彻底改变云计算技术和消费电子。

在5月3日在《科学》杂志上发表的一项研究中,研究人员报告说,他们使用超薄材料的堆栈来根据自旋的方向对电子的流动施加前所未有的控制,在那里电子“自旋”类似于微小的亚基。托米磁铁他们使用的材料包括三碘化铬(CRI3),这是一种在2017被描述为第一个2-D磁绝缘体的材料。四张-每个只有原子厚-创造了最薄的系统,但可以阻止电子自旋的基础上,同时发挥超过10倍更强的控制比其他方法。

“我们的工作揭示了将基于磁技术的信息存储推到原子薄极限的可能性,”联合国首席物理学研究者田成松说。

在4月23日发表在《自然纳米技术》的相关研究中,研究小组找到了方法来对这种原子薄磁铁的磁性进行电控制。

“随着信息的爆炸性增长,面临的挑战是如何增加数据存储的密度,同时降低操作能量,”UW大学物理与材料科学与工程教授萧东旭和UE Ne.B.B.尼日尔研究所“这两个作品的结合指向工程原子薄磁记忆装置的可能性,其能量消耗数量级小于目前可实现的数量级。”

这篇新的科学论文还研究了这种材料是如何允许一种新的记忆存储,它利用了每一张纸上的电子自旋。

研究人员在石墨烯导电片之间夹了两层CRI3。它们表明,取决于自旋如何在每个CRI 3和Nbsp片材之间排列,电子可以在两个石墨烯片之间畅通无阻地流动,或者很大程度上被阻止流动。这两种不同的配置可以充当日常计算中二进制代码的零点和二进制位来编码信息。

“这种类型的存储器的功能单元是磁性隧道结,或者MTJ,它是磁性的‘门’,可以根据自旋如何在结中对齐来抑制或允许电流,”联合UPS的作者、物理学的博士后研究员邢汉彩说。“这样一个门是实现这种小型数据存储的核心。”

原子薄磁器件可能导致新的存储技术具有多达四层CRI3,团队发现了“多位”信息存储的潜力。在两层CRI3中,每个层之间的自旋在相同的方向或相反的方向上排列,导致两种不同的速率,电子可以通过磁栅流动。但是,在三层和四层之间,每层之间自旋的组合越多,导致电子可以从一个石墨烯片流向另一个石墨层的多个不同的速率。

“你的电脑有两种选择来存储一块数据,它可以选择A,B,C,甚至D和更高,”合著者Bevin Huang说,他是UW物理学博士生。因此,不仅使用CRI3和N结的存储设备更有效,而且它们将本质上存储更多的数据。

研究人员的材料和方法代表了在类似的操作条件下使用现有技术的显著改进,氧化镁使用更厚、更有效的阻挡电子,并且缺乏对多位信息存储的选择。

“虽然我们目前的设备需要适度的磁场,并且仅在低温下发挥作用,在现有技术中是不可行的,但是设备的概念和工作原理是新颖的和开创性的,”徐说。“我们希望,随着电磁控制和一些独创性的发展,这些隧道结可以减少或甚至不需要高温下的磁场,这可能是新的记忆技术的游戏改变器。”

另外作者是香港大学的Nathan Wilson、Kyle Seyler、Lin Zhu和David Cobden;香港大学的合著作者王耀和马蒂斯魏元屠;日本筑波国家材料科学研究所和田纳西橡树岭国家实验室的Michael McGuire。这项研究的主要资助者是美国能源部。部分工作是在清洁能源研究所的研究训练试验台上进行的。

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