原子薄磁器件可能导致新的存储技术

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。

在一篇发表在《科学》杂志上的研究中，“自旋过滤范德瓦尔斯异质结构中的巨大隧穿磁阻”，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流施加前所未有的控制。电子“自旋”类似于微小的亚原子磁体。他们使用的材料包括三碘化铬（CRI3）片材，在2017中描述的材料作为第一个2-D磁绝缘体。四片——每个原子都是厚的——形成了最薄的系统，但它能以自旋为基础阻挡电子，而比其他方法更能控制10倍以上。我们的研究揭示了将基于磁技术的信息存储推向原子薄极限的可能性，“联合物理学博士田成松说。

“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清洁与能源研究所的教授、UW物理与材料科学与工程教授萧东旭说。E.“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达到的数量级。”

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有两层CRI3。它们表明，取决于自旋如何在每个CRI 3片之间排列，电子可以在两个石墨烯片之间畅通无阻地流动，或者基本上被阻止流动。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让电流通过，”联合首席作者、物理学的博士后研究员邢汉彩说。这样的门是实现这种小型数据存储的核心。

在多达四层的CRI3中，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结点的存储设备更有效，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，在现有技术中不可行，但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，随着磁性的发展和一些独创性的电气控制，这些隧道结可以减少或甚至不需要在高温下的磁场，这可能是新的记忆技术的游戏改变。