科技日報北京12月22日電 （記者張佳欣）反鐵磁材料在信息處理與內存芯片技術領域具有廣泛應用前景。據最新一期《自然》雜志，美國麻省理工學院科研團隊僅使用光就在反鐵磁材料中實現了磁態(tài)轉換，創(chuàng)造出一種新型且持久的磁態(tài)。這一技術為研究人員提供了控制磁性的強大工具，有助于設計更快、更小、更節(jié)能的內存芯片。
反鐵磁體由自旋方向交替的原子組成，每個原子的自旋方向都與其相鄰原子的自旋方向相反。這種上、下、上、下的順序基本抵消了自旋，使反鐵磁體總磁化強度為零，從而不受任何磁力影響。
如果能用反鐵磁材料制成內存芯片，就可將數據“寫入”材料的微觀區(qū)域，即磁疇。在給定磁疇中，自旋方向的某種配置（例如，上—下）代表經典的比特“0”，而另一種配置（下—上）則代表“1”。在這樣的芯片上寫入數據，能抵御外部磁場的干擾。
由于磁疇的穩(wěn)定性，反鐵磁體可整合到未來的內存芯片中，使這些芯片能耗更少、占用空間更小，同時存儲和處理的數據更多。然而，將反鐵磁材料應用于存儲技術的一個主要障礙在于，如何以可靠方式控制反鐵磁體，使其從一種磁態(tài)轉換到另一種磁態(tài)。
此次，團隊使用太赫茲激光器直接刺激反鐵磁材料中的原子。激光器的振蕩頻率被調至與材料原子間的自然振動相匹配，從而改變原子自旋的平衡，使其向一種新的磁態(tài)轉變。
所用材料為FePS3——一種在臨界溫度（約118K）時轉變?yōu)榉磋F磁相的材料。他們將合成的FePS3樣品置于真空室中，冷卻至118K及以下溫度。然后，他們讓一束近紅外光穿過有機晶體，將光轉換為太赫茲頻率，從而產生太赫茲脈沖。之后，他們將這束太赫茲光對準樣品。
在多次重復實驗中，團隊觀察到，太赫茲脈沖成功地將原本為反鐵磁性的材料切換到了一個新的磁態(tài)。這一轉變出乎意料地持久，甚至在激光關閉后仍能持續(xù)數毫秒。
【總編輯圈點】
與傳統磁性材料相比，新型磁性材料往往具備更卓越的磁性能，如更高的磁導率、更低的損耗等。它們?yōu)殡娮釉骷I域注入了新的活力與無限可能。例如，我們的手機變焦鏡頭通過微型電機來運轉，這種電機里就有數顆米粒大小的稀土永磁材料。在磁存儲領域，上述研究中的反鐵磁材料則有望改善存儲芯片的設計。不斷涌現的新型磁性材料，正推動電子元器件朝更小尺寸、更高性能、更低功耗方向升級，為各類電子設備持續(xù)迭代提供重要支撐。
（責任編輯：蔡文斌）
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