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由鐵、鍺和碲組成的二維材料片中的斯格明子產(chǎn)生的磁場。圖片來源：美國阿貢國家實驗室
科技日報記者?張夢然
磁鐵可在計算機中存儲數(shù)據(jù)，利用磁場的方向，每個微型條形磁鐵都可將一位內(nèi)存存儲為零或一。美國能源部阿貢國家實驗室研究人員希望用微小的磁渦流取代條形磁鐵。這些被稱為斯格明子的渦流小到十億分之一米，形成于某些磁性材料中。未來，它們可能會在新一代微電子技術(shù)中用于高性能計算機的內(nèi)存。這項研究近日發(fā)表在《納米快報》上。
計算機內(nèi)存中的條形磁鐵就像打了一個結(jié)的鞋帶，解開它們幾乎不需要任何能量，并且任何由于某些中斷而發(fā)生故障的條形磁鐵都會影響其他條形磁鐵。相比之下，斯格明子就像系著雙結(jié)的鞋帶，無論你多么用力地拉一根繩子，鞋帶仍然系著。因此，斯格明子對任何干擾都非常穩(wěn)定。另一個重要特征是，研究人員可通過改變溫度或施加電流來控制它們的行為。
研究人員對不同條件下的斯格明子行為有很多了解。為了研究它們，阿貢國家實驗室團隊開發(fā)了一個人工智能程序，該程序與高功率電子顯微鏡一起工作。顯微鏡可在非常低的溫度下觀察樣品中的斯格明子。
該團隊的磁性材料是鐵、鍺和碲的混合物。在結(jié)構(gòu)上，這種材料就像一疊紙。一堆這樣的薄片包含許多斯格明子，可從頂部剝離一張薄片并進行分析。
研究發(fā)現(xiàn)，在220開氏度及以上溫度下，斯格明子以高度有序的模式排列。但是當(dāng)研究人員冷卻樣品時，斯格明子排列會發(fā)生變化。就像啤酒泡沫中的氣泡一樣，一些斯格明子變大，一些變小，一些合并，一些消失。
在105開氏度時，達(dá)到幾乎完全無序的狀態(tài)，但當(dāng)溫度回到220開氏度時，秩序又回來了。這種隨溫度變化的有序—無序轉(zhuǎn)變可在未來的微電子學(xué)中用于內(nèi)存。
總編輯圈點
能源效率對于下一代微電子技術(shù)至關(guān)重要。今天的微電子產(chǎn)品已消耗世界電力的大約10%。到2030年，這個數(shù)字可能會翻一番，因此必須找到更節(jié)能的電子產(chǎn)品。科學(xué)家們估計，本文中斯格明子的能量效率，或比當(dāng)前研究中使用的高性能計算機中內(nèi)存高100到1000倍，其將是下一代計算機內(nèi)存開發(fā)極有潛力的方向。
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