日本开发新型磁性材料，助力半导体存储设备降耗增效

近日，来自日本理化学研究所的物理学家们展示了如何通过用新型磁性材料取代传统磁性材料来制造更快、更低功耗的存储设备。

在传统的硬盘驱动器中，磁盘必须在物理上移动才能读取和写入数据，但这样做的缺点是运行速度较慢，而且容易受到机械问题的影响。与之相比，更好的方法是舍弃机械装置、转而使用电流来移动磁区之间的“墙壁”——磁性材料中的微观区域，磁矩在其中以一致的方式排列——利用这种原理，人们有望实现制造快速、低功耗的存储设备。

日本理化学研究所新兴物质科学中心的YoshichikaOtani解释道：“就硬盘驱动器而言，你需要一个必须以物理方式移动的小线圈，但是对于基于磁区壁的设备，你不需要任何机械运动。相反，磁区壁本身会移动，你可以通过电子方式读取和写入信息，而无需任何机械运动。”

此前，电流磁区壁设备的研究一直在使用铁磁磁区进行，其中所有磁区中的自旋都是平行的，而且需要很高的电流密度来推动磁区壁移动，这会导致高能耗；这些磁区还会产生杂散磁场，这使得将它们压缩到较小的空间中变得具有挑战性，从而使设备微型化变得困难。

现在，Yoshichika和他的同事展示了一种基于“反铁磁材料”构建磁区壁设备装置的新方法，克服了这一困难。自旋沿交替方向排列的反铁磁磁区可以克服这两个问题，但是它们的净磁场较低是一把双刃剑——对于设备的微型化是有益的，但它们使得操控和检测这些磁区变得困难。

他们的秘诀是使用“非共线反铁磁体”，其中亚晶格矩形成簇状磁性八极子（如下图所示），这与更常用的具有两极、类似于微型长条磁铁的磁性偶极子形成对比。利用这种结构，该研究团队能够将磁区壁的速度加快到750米每秒，而只需消耗移动铁磁磁区壁所需电流密度的百分之一左右。