科技日報記者 張佳欣
反鐵磁材料在信息處理與內(nèi)存芯片技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛應用前景。據(jù)最新一期《自然》雜志，美國麻省理工學院科研團隊僅使用光就在反鐵磁材料中實現(xiàn)了磁態(tài)轉(zhuǎn)換，創(chuàng)造出一種新型且持久的磁態(tài)。這一技術(shù)為研究人員提供了控制磁性的強大工具，有助于設(shè)計更快、更小、更節(jié)能的內(nèi)存芯片。
反鐵磁體由自旋方向交替的原子組成，每個原子的自旋方向都與其相鄰原子的自旋方向相反。這種上、下、上、下的順序基本抵消了自旋，使反鐵磁體總磁化強度為零，從而不受任何磁力影響。
如果能用反鐵磁材料制成內(nèi)存芯片，就可將數(shù)據(jù)“寫入”材料的微觀區(qū)域，即磁疇。在給定磁疇中，自旋方向的某種配置（例如，上—下）代表經(jīng)典的比特“0”，而另一種配置（下—上）則代表“1”。在這樣的芯片上寫入數(shù)據(jù)，能抵御外部磁場的干擾。
由于磁疇的穩(wěn)定性，反鐵磁體可整合到未來的內(nèi)存芯片中，使這些芯片能耗更少、占用空間更小，同時存儲和處理的數(shù)據(jù)更多。然而，將反鐵磁材料應用于存儲技術(shù)的一個主要障礙在于，如何以可靠方式控制反鐵磁體，使其從一種磁態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種磁態(tài)。
此次，團隊使用太赫茲激光器直接刺激反鐵磁材料中的原子。激光器的振蕩頻率被調(diào)至與材料原子間的自然振動相匹配，從而改變原子自旋的平衡，使其向一種新的磁態(tài)轉(zhuǎn)變。
所用材料為FePS3——一種在臨界溫度（約118K）時轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁相的材料。他們將合成的FePS3樣品置于真空室中，冷卻至118K及以下溫度。然后，他們讓一束近紅外光穿過有機晶體，將光轉(zhuǎn)換為太赫茲頻率，從而產(chǎn)生太赫茲脈沖。之后，他們將這束太赫茲光對準樣品。
在多次重復實驗中，團隊觀察到，太赫茲脈沖成功地將原本為反鐵磁性的材料切換到了一個新的磁態(tài)。這一轉(zhuǎn)變出乎意料地持久，甚至在激光關(guān)閉后仍能持續(xù)數(shù)毫秒。
總編輯圈點：
與傳統(tǒng)磁性材料相比，新型磁性材料往往具備更卓越的磁性能，如更高的磁導率、更低的損耗等。它們?yōu)殡娮釉骷I(lǐng)域注入了新的活力與無限可能。例如，我們的手機變焦鏡頭通過微型電機來運轉(zhuǎn)，這種電機里就有數(shù)顆米粒大小的稀土永磁材料。在磁存儲領(lǐng)域，上述研究中的反鐵磁材料則有望改善存儲芯片的設(shè)計。不斷涌現(xiàn)的新型磁性材料，正推動電子元器件朝更小尺寸、更高性能、更低功耗方向升級，為各類電子設(shè)備持續(xù)迭代提供重要支撐。
