麻省理工研究人员开发新方法控制铁磁体

科学原理 2022-04-22

  原则上,铁磁性材料应该能够生产出比今天的传统铁磁体更快的数据存储或逻辑电路,并能将更多的数据装入特定的空间。但是到目前为止,还没有简单、快速和可靠的方法来切换这些磁铁的方向,以便在数据存储设备中从0翻转到1。

  麻省理工学院和其他地方的研究人员已经开发出这样一种方法,即只需使用一个小的外加电压,就能迅速将铁磁体的磁极切换180度。研究人员说,这一发现可能开创了铁磁逻辑和数据存储设备的新时代。

  这些发现已经刊登在《自然-纳米技术》杂志上。新系统使用了一种叫做钆钴的材料薄膜,它属于一类被称为稀土过渡金属铁磁体的材料。在其中,这两种元素形成了相互交错的原子格子,而且钆原子优先将其磁轴排列在一个方向上,而钴原子则指向相反的方向。合金成分中两者的平衡决定了材料的整体磁化。

  但是研究人员发现,通过使用电压将水分子沿着薄膜表面分成氧气和氢气,氧气可以被排走,而氢原子,或者更准确地说是它们的核,即单质子可以深入到材料中,这改变了磁取向的平衡。这种变化足以将净磁场方向转换为180度,正是磁存储器等设备所需要的那种完全颠倒。因为这种变化只是通过改变电压来完成的,而不是应用电流,因为电流会引起加热,从而通过散热浪费能量,所以这个过程是非常节能的。

  研究人员发现,将氢核泵入材料的过程被证明是非常良性的。事实证明,对于这些薄膜来说,由于质子是一个如此小的实体,它可以渗透到这种材料的大部分,而不会造成导致失败的那种结构疲劳。这种稳定性已经通过严酷的测试得到了证明。这种材料经受了10000次极性反转,没有任何退化的迹象。