下一代磁数据存储技术

对于高性能固态数据存储和逻辑应用，研究人员正专注于基于自旋的设备。一种有前途的方法是通过小型斯格明子或畴壁对位进行编码，这些可以通过基于赛道的设备中的电流移动。

对于物理学家来说，磁性主要与原子中电子的旋转运动有关。电子围绕原子核运行，并围绕它们自己的轴旋转。这种运动产生了原子的磁矩。

对应于该磁矩的杂散磁场用于从设备中提取/读取磁性存储的数据。在现有的硬盘中，一个磁位的大小可达15*45纳米，其中大约有1万亿个可以放在邮票上。

为了将磁位存储在芯片中的固定位置并稍后提取它们，需要通过电流脉冲在芯片中来回传输磁位。问题是杂散磁场会阻止位变小，从而使数据更密集。此外，与杂散场相关的磁矩应该能够使结构四处移动。

在这项研究中，研究人员成功地在磁性纳米结构上放置了一个“隐形斗篷”，并分析了这些比特实际上可以变得多快和多小。为此，他们将来自不同元素的原子合并在一起，这些元素的电子旋转方向相反，因此它们具有相反的磁矩。

这消除了（或在某些情况下减少了）杂散磁场，然而，纳米结构中的每个原子仍然带有磁矩：这些原子一起看起来是隐形的。

参考：Nature Nanotechnology | doi:10.1038/s41565-018-0255-3 |马克斯波恩研究所

尽管隐形，研究人员还是通过 X 射线全息术对微小结构进行了成像。通过选择性地使一种原子种类的磁矩可见，他们不顾隐身斗篷记录了结构的图像。

相邻原子矩之间的铁磁 (FM) 和反铁磁 (AFM) 顺序 |研究人员提供

通过仔细配置隐形斗篷的力量，可以同时实现两个目标。

圆形磁结构的尺寸非常小：发现半径最小的结构仅为 5 纳米。未来，如果这些结构能够应用于数据存储设备中，其容量将大大增加。

进一步的研究表明，隐形位可以通过短电流脉冲非常快地传播——这是在存储设备中实际使用的关键参数之一。研究人员提到它达到了超过1公里/秒的速度。

电子绕原子核的轨道和电子绕自身轴的自旋对磁矩的贡献不同：电子自身自旋的影响是电子轨道影响的两倍。

可以将不同类型的原子与电子的不同旋转方向结合起来，以抵消整体旋转。系统的所谓角动量将是恒定的，而系统仍会保留少量的磁矩。

阅读：纳米磁体密度最高的数据存储

由于角动量通过电流脉冲使移动的磁性结构减速，因此该技术可用于实现高速运动。因此，如果隐形斗篷的强度配置正确，则可以获得高速和微型磁位结构——这是新型磁数据存储概念的一个有趣方面。

工业技术