新器件|欧洲高校联合探索反铁磁性氧化铁中的长距离信息传输性能,可以减少器件产生多余热量

大国重器2019-05-01 22:31:08

磁振子波能够携带信息而不会产生过多热量。德国美因茨大学(JGU)的物理学家与荷兰乌得勒支大学的理论家和挪威挪威科技大学(NTNU)的量子自旋电子学中心(QuSpin)合作,展示了反铁磁性氧化铁这是生锈的主要成分,是一种廉价且有前景的材料,可以以更高的速度以低过量的热量传输信息。科学家们成功地观察了被称为反铁磁体的磁性材料组中的第一次信息长距离传输。这些材料可以比现有器件更快地实现计算速度。该研究已发表在自然科学杂志上。


铂丝(i)中的电流在反铁磁性氧化铁(红色和蓝色波)中产生磁波,在第二铂丝(r)中通过电压来测量。箭头表示氧化铁的反铁磁有序。

 

反铁磁体器件优势

当前传统器件存在严重的副作用,即变热并且速度受限,这正在减缓信息技术的进步。磁控自旋电子学的新兴领域旨在使用能够承载磁波的绝缘磁铁(称为磁振子)来帮助解决这些问题。

 

通过减少产生的热量,器件可以随着信息密度的增加而继续变小。反铁磁体是最大的磁性材料组,与其他常用的基于铁或镍的磁性元件相比具有几个关键优势。例如,它们稳定并且不受外部磁场的影响,这是未来数据存储的关键要求。此外,基于反铁磁的器件可能比现有技术的运行速度快数千倍,因为它们的内在驱动力在太赫兹范围内,可能超过每秒万亿次运算。

 

反铁磁体快速计算机是可行的

在他们的研究中,研究人员在绝缘氧化铁顶部使用铂丝,使电流靠近。该电流导致能量从铂转移到氧化铁中,从而产生磁子。研究人员发现氧化铁能够在计算器件所需的大距离上携带信息。JGU物理研究所的Romain Lebrun博士说,“这一结果证明了反铁磁体取代目前使用的元器件的适用性。现在可以设想基于快速反铁磁绝缘子的器件。”

 

该研究的主要作者之一Andrew Ross说:“如果能够控制绝缘反铁磁体,它们可以在不产生过多热量的情况下运行,并且能够抵抗外部扰动。”

 

参考文献

R. Lebrun, A. Ross, S. A. Bender, A. Qaiumzadeh, L. Baldrati, J. Cramer, A. Brataas, R. A. Duine, M. Kläui. Tunable long-distance spin transport in a crystalline antiferromagnetic iron oxide. Nature, 2018; 561 (7722): 222 DOI: 10.1038/s41586-018-0490-7



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