MIT研發的光驅動反鐵磁記憶體可取代現今的鐵磁體
麻省理工學院的科學家利用光在一種材料中創造出一種獨特的磁性狀態,實現了一項開創性的壯舉。 透過使用雷射,他們成功地將一種反鐵磁性材料轉換成了一種全新的磁態。 這項發現有望徹底改變下一代記憶體和資料儲存技術,為生產比當今標準更先進的晶片鋪平道路。
由物理學教授Nuh Gedik 領導的研究團隊主要研究一種名為FePS₃的材料,這是一種反鐵磁體,在華氏零下247 度左右會轉變為非磁性狀態。 他們假設,用雷射精確激發FePS₃ 原子的振動,可以破壞其典型的反鐵磁排列,誘導出新的磁態。
在傳統磁鐵(鐵磁體)中,所有原子自旋都朝同一方向排列,因此磁場易於控制。 相較之下,反鐵磁體具有更複雜的上-下-上-下自旋模式,這種模式會抵消磁場,從而導致淨磁化為零。 雖然這種特性使反鐵磁體具有很強的抗雜散磁影響的能力–這是安全資料儲存的優勢,但也給有意在”0″和”1″狀態之間切換以進行計算帶來了挑戰。
Gedik 的創新雷射驅動方法試圖克服這一障礙,為未來的高效能記憶體和運算技術打開反鐵磁體的大門。
研究團隊的創新方法是將鐵氧體聚苯硫醚(FePS₃)樣品冷卻到其轉變溫度以下,然後用精心調諧的太赫茲雷射脈衝對其進行轟擊。 這些雷射每秒振盪超過一兆次,完全符合材料原子的自然振動頻率。
令人驚訝的是,研究人員發現這些脈衝推動材料進入了一種全新的磁化狀態,在雷射脈衝結束後持續了幾毫秒。
正如Gedik 所強調的那樣,雖然毫秒看似轉瞬即逝,但在量子世界中,與之前的嘗試相比,這實際上是永恆。
展望未來,研究人員的目標是完善並進一步理解這些誘導磁相。 最終目標是在下一代資料儲存和處理硬體中利用反鐵磁體。 與現今的技術相比,反鐵磁體的磁疇堅固耐用,能抵禦雜散磁噪聲,因此可以實現更密集、更節能的記憶體和邏輯晶片。
然而,在反鐵磁計算機成為現實之前,仍然存在巨大的工程挑戰。 研究小組對此持樂觀態度,他們的突破性研究成果發表在《自然》(Nature)上,標誌著他們朝著這個願景邁出了關鍵一步。