美國和意大利研究人員10日在《自然·電子》雜誌上發表研究報告稱：他們開發出一種基於反鐵磁材料的新型磁存儲器件，其體積很小、耗能也非常低，很可能有助於解決目前人工智能（AI）發展所遭遇的“內存瓶頸”。

研究配圖- 1：結構示意（來自：Nature Electronics）

AI技術的快速發展有望改善醫療保健、交通運輸等多個領域，但其巨大潛力的發揮要以足夠的算力為基礎，隨著AI數據集越來越大，計算機需要有更強大的內存支撐。理想情況下，支持AI的存儲設備不僅要有與靜態隨機存儲器（SRAM）一樣快的速度，還要有類似於動態隨機存儲器（DRAM）或閃存的存儲容量，更重要的是，它耗能要低。但目前還沒有滿足所有這些需求的存儲技術，這導致了所謂的“內存瓶頸”，嚴重限制了當前AI的性能及應用。

圖2：電流控制的轉換測量。

為此，美國西北大學和意大利墨西拿大學的研究人員合作，將目標瞄向了反鐵磁材料。反鐵磁材料依靠磁性的有序自旋來完成數據存儲，所存數據也無法被外部磁場擦除。因其快速安全、耗能低，被視為存儲設備的潛力材料，而如何控製材料內部磁序則成為目前的一個研究難點。

圖3：微磁模擬。

在新研究中，團隊使用了柱狀反鐵磁材料，這是以前科學家從未探索過的幾何形狀。研究表明，生長在重金屬層上的、直徑低至800納米的反鐵磁鉑錳（PtMn）柱，通過極低電流後可以在不同的磁態之間可逆地轉換。通過改變寫入電流的振幅，即可實現多級存儲特性。

圖4：非對稱數量的寫入脈衝實驗。

研究人員指出，基於反鐵磁鉑錳柱製成的存儲器件僅為現有的基於反鐵磁材料存儲設備的1/10，而更重要的是，新型器件的製造方法與現有的半導體製造規範兼容，這意味著存儲設備製造商可以輕鬆採用新技術，而無需購買新設備。

圖5：不同AFM 膜厚度與金屬材料的轉換結果。

研究人員指出，新型磁存儲器件很小，耗能很低，有望使反鐵磁存儲器走向實際應用，並幫助解決AI的“內存瓶頸”問題。目前，他們正努力尋求進一步縮小設備尺寸，改善數據寫入耗能的方法，以盡快將新技術投入實際應用。

圖6：納米級設備上的測量。

總編輯圈點

內存一直是計算機增強實力的瓶頸，因為內存要求讀寫速度快，又要穩定。近幾十年，我們一直是用半導體造內存，磁效應體用於讀取速度要求不高的硬盤。如果造出“磁內存”，將大大拓展計算機的“腦容量”和“智力”。這一切以材料科學的進步為前提，產業先進離不開基礎科研投入。

科技日報華盛頓2月10日電（記者劉海英）