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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(chǎng)。圖片來(lái)源：美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
磁鐵可在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用磁場(chǎng)的方向，每個(gè)微型條形磁鐵都可將一位內(nèi)存存儲(chǔ)為零或一。美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(lái)，它們可能會(huì)在新一代微電子技術(shù)中用于高性能計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。這項(xiàng)研究近日發(fā)表在《納米快報(bào)》上。
計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的條形磁鐵就像打了一個(gè)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(huì)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(wú)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(duì)任何干擾都非常穩(wěn)定。另一個(gè)重要特征是，研究人員可通過(guò)改變溫度或施加電流來(lái)控制它們的行為。
研究人員對(duì)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(shí)，斯格明子排列會(huì)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(shí)，達(dá)到幾乎完全無(wú)序的狀態(tài)，但當(dāng)溫度回到220開氏度時(shí)，秩序又回來(lái)了。這種隨溫度變化的有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變可在未來(lái)的微電子學(xué)中用于內(nèi)存。
總編輯圈點(diǎn)
能源效率對(duì)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(gè)數(shù)字可能會(huì)翻一番，因此必須找到更節(jié)能的電子產(chǎn)品?？茖W(xué)家們估計(jì)，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(jì)算機(jī)中內(nèi)存高100到1000倍，其將是下一代計(jì)算機(jī)內(nèi)存開發(fā)極有潛力的方向。
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