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現代數據處理技術(shù)正面臨一大挑戰：數據存儲速度慢且耗能巨大。據預測，數據存儲中心的能源消耗將很快接近全球能源總消耗的10%。這種增長(cháng)部分由于當前使用的鐵磁材料的固有局限性。因此，尋找速度更快、能耗更低的替代材料成為科學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。 反鐵磁體被認為是最具潛力的替代材料之一。它不僅更堅固，讀寫(xiě)速度比傳統鐵磁性材料快1000倍，同時(shí)種類(lèi)也更為豐富�？茖W(xué)家們在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上報告稱(chēng)，一個(gè)國際研究小組在理解和控制這些量子材料方面取得了重要突破。 在自旋電子應用中，自旋與材料晶格之間的相互作用至關(guān)重要。它們通過(guò)自旋——即電子的磁矩——在磁比特中寫(xiě)入信息。在鐵磁材料中，自旋之間的相互作用強烈，產(chǎn)生了一種被稱(chēng)為自旋波的漣漪效應，可以在材料中傳播。自旋波有趣的地方在于，它能夠不依賴(lài)電子流動(dòng)傳遞信息，從而減少了熱量的產(chǎn)生。就像光子是光的量子化粒子一樣，自旋波有自己的準粒子，稱(chēng)為磁振子。而當物質(zhì)晶格中的原子均勻振動(dòng)時(shí)，這種運動(dòng)被描述為聲子的準粒子。 研究團隊重點(diǎn)研究了反鐵磁材料二氟化鈷（CoF2），其中磁振子與聲子共存。在這種材料中，鄰近自旋呈反平行排列，使得自旋動(dòng)力學(xué)比傳統鐵磁材料快1000倍，這意味著(zhù)數據寫(xiě)入速度更快、能耗更低。 另外，所謂的費米共振（Fermi resonance）發(fā)生在原子和分子層次，由熱能吸收引發(fā)的兩種振動(dòng)模式相互作用，其中一種頻率是另一種的兩倍。費米共振的概念最早于近一個(gè)世紀前在二氧化碳中被提出，后來(lái)被應用到磁振子或聲子系統中。而在此次研究中，科學(xué)家首次實(shí)現了自旋和晶格之間的強耦合，開(kāi)啟了反鐵磁有序材料子系統之間的能量傳遞通道。 研究人員在費米共振條件下揭示了一種新的能量傳遞機制，這一發(fā)現可能有助于未來(lái)通過(guò)控制反鐵磁系統來(lái)實(shí)現更快、更高效的存儲技術(shù)。 該研究為反鐵磁體動(dòng)力學(xué)的控制提供了一種創(chuàng )新思路，有望促成基于這種材料的新型數據存儲技術(shù)。在后續研究中，研究小組的目標是探索費米共振條件是否可擴展到其他新型量子材料，從而推動(dòng)材料科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 《賽特科技日報》網(wǎng)站（https://scitechdaily.com） |
