革新数据存储：带隐形斗篷的次世代磁性纳米结构
- 研究人员设计具有隐形斗篷的磁性纳米结构。
- 通过精心调节隐形斗篷强度，可实现微小磁位结构的高速运动。
为实现高性能固态数据存储和逻辑应用，研究者聚焦自旋器件。一种有前景的方法是利用小天空子或畴壁编码比特，在竞道型器件中通过电流位移。
对物理学家而言，磁性主要关联原子中电子旋转运动。电子绕原子核公转并绕自身自旋，产生原子磁矩。
对应磁矩的磁散射场用于从器件读取磁存储数据。现有硬盘中单个磁位尺寸达15×45纳米，约1万亿个可放在一枚邮票上。
为在芯片固定位置磁性存储比特并稍后提取，需通过电流脉冲在芯片中来回移动磁位。问题在于磁散射场阻碍比特进一步缩小以实现更密集数据封装；且与散射场关联的磁矩必须能移动结构。
原子的隐形斗篷
本研究成功在磁性纳米结构上披上“隐形斗篷”，分析这些比特能有多快、多小。通过融合电子自旋方向相反的不同元素原子，使其磁矩相反。
这抵消（或某些情况下减弱）磁散射场，但纳米结构中每个原子仍携带磁矩：整体呈现隐形状态。
参考：Nature Nanotechnology | doi:10.1038/s41565-018-0255-3 | 马克斯·玻恩研究所
尽管隐形，研究人员仍通过X射线全息成像观测微小结构。通过仅让一种原子种类的磁矩可见，在隐形斗篷下记录结构图像。
相邻原子矩之间的铁磁 (FM) 和反铁磁 (AFM) 有序 | 研究人员提供
数据存储应用
通过精心配置隐形斗篷功率，可同时实现两大目标。
圆形磁性结构尺寸极小：最小结构半径仅5纳米。未来若用于数据存储设备，容量将显著增加。
进一步研究显示，隐形比特可通过短电流脉冲极快移动——这是实际记忆器件应用的关键参数。研究人员称速度超1公里/秒。
电子绕核公转和绕自身自旋对磁矩贡献不同：电子自旋效应是轨道效应的两倍。
可结合不同电子旋转方向的原子抵消整体旋转。系统角动量保持恒定，同时保留少量磁矩。
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因角动量通过电流脉冲减速移动磁性结构，该技术可实现高速运动。因此，若正确配置隐形斗篷强度，可同时获得高速和微小尺寸磁位结构——新颖磁性数据存储概念的迷人前景。
工业技术