一個國際研究團隊描述了新的物理效應，可用于開發(fā)更加有效的信息處理磁芯片。量子力學效應使它更易產(chǎn)生自旋極化電流以轉(zhuǎn)換磁存儲信息。研究結(jié)果發(fā)表在《自然納米技術》期刊7月28日在線版上。

隨機存取存儲器是計算機內(nèi)的短期存儲器，它使用大量微型電容器以緩沖程序和文檔。因為隨時間流逝電容器放電，必須經(jīng)常充電以保證無數(shù)據(jù)丟失。這將耗費時間和能量，一次偶然的電源故障會導致數(shù)據(jù)永久丟失。另一方面，磁隨機存取存儲器(MRAM)在微小的磁區(qū)存儲信息。這是一個快速過程無需連續(xù)供電。盡管如此，MRAM還沒有被大規(guī)模采用，因為其集成密度低，耗費電能，難于生產(chǎn)，成本太高。

MRAM:存儲應用的顛覆性技術

自旋極化電流簡稱為極化電流，用于開關MRAM的磁區(qū)域。自旋是電子的本征角動量使材料具備磁性，磁性可以有兩個方向。自旋流是擁有兩種自旋之一的電流。與地球磁場影響指南針的原理相類似，自旋流影響一個磁層導致其翻轉(zhuǎn)。

到目前為止，產(chǎn)生自旋流的方法是從正常電流過濾所需要的自旋類型。這需要特殊濾波器結(jié)構(gòu)和高電流密度。感謝巴塞羅那、格勒諾布爾和蘇黎世研究者對新效應的鑒別，現(xiàn)在可容易地開關磁信息。所需要的是用鈷和鉑組成的一層堆棧。這將減少空間需求，使系統(tǒng)更強健并簡化磁芯片的生產(chǎn)。

在界面穿過層疊的電流，在鉑層分離自旋后通過一種自旋類型到達磁鈷層。此層將產(chǎn)生一個力矩可以使磁化強度方向改變。過去在雙層系統(tǒng)中已經(jīng)觀察到旋轉(zhuǎn)力矩。事實上第一次對磁矩如何產(chǎn)生的關鍵性解釋是一個科學突破，因為可以有選擇的生產(chǎn)和更深入地研究它們。

新的磁石墨烯將變革電子學

研究者確認有兩種機制相結(jié)合可產(chǎn)生新效應，被稱為“自旋軌道轉(zhuǎn)矩”：自旋軌道耦合和交換互作用。自旋軌道耦合是著名的相對論量子現(xiàn)象，也是一類電子自旋從鉑移動到鈷層的原因所在。在鈷層內(nèi)，層的磁定向然后與自旋通過交換互作用。研究者成功地用試驗驗證了它們的理論。下一步是用其它更強自旋力矩耦合材料計算量子效應，以發(fā)現(xiàn)在其它材料組合中此效應是否明顯。

（工業(yè)和信息化部電子科學技術情報研究所  黃慶紅）