研究人员利用反铁磁体能够获得更好的RAM

ERIK VRIELINK

被称为反铁磁体的奇怪磁性材料被视为是下一代计算机存储器的候选材料。现在，科学家们发现了这些材料中的磁效应，可以帮助它们以比现有设备更高的速度和能源效率运行。

标准磁铁的粒子在磁性上都指向同一方向。因此，它们的磁极性会影响周围环境。相反，反铁磁体在自然界中比普通磁体丰富得多，它们的粒子在整个材料中排列成相反的方向。这使得反铁磁体对其环境几乎没有磁效应。

反铁磁体可用于最先进的磁阻随机存取存储器（magnetoresistive random-access memory，MRAM），该存储器使用永磁体存储数据，而不像动态和静态RAM（也称为DRAM和SRAM）等基于电荷存储的标准计算机存储技术。MRAM可以以类似于DRAM和SRAM的速度读取和写入数据，但MRAM耗电较少，并且与闪存一样，是非易失性的，这意味着它不需要稳定的电源来保留数据。

基于铁磁体的MRAM的一个问题是外部磁场如何会无意中篡改其数据。此外，相邻的铁磁体可能相互干扰，除非它们之间有足够的距离，这限制了MRAM为降低成本而扩展到更高密度的能力。

基于反铁磁体的MRAM可以避免这些问题。此外，反铁磁体的磁性表明，基于反铁磁体的MRAM可以以比基于铁磁体的MRAM快数千倍的速度写入和重写数据。“反铁磁体对于超快磁记录具有巨大的潜力，”德国康士坦茨大学的物理学家Davide Bossini如此表示。

在内部，反铁磁体通常被分成许多更小的区域，称为磁畴，在这些区域中，相反的磁极以有序的方式排列。“畴很难操纵，”Bossini说。

反铁磁磁畴通过称为磁畴壁的过渡区彼此分离。到目前为止，对于畴壁如何影响反铁磁体的磁性，尤其是在对超快操作有用的动力学过程中，人们知之甚少。

在这项新的研究中，Bossini和他的同事研究了当反铁磁性氧化镍晶体暴露在仅持续飞秒或万亿分之一秒的超快激光脉冲下时发生的情况。科学家们发现，磁畴壁有助于操纵被称为自旋波的磁性振荡。具体来说，磁畴壁可以帮助耦合通常不会相互作用的不同频率的自旋波，并跨不同的磁畴进行耦合。

Bossini说：“我们的研究结果表明，磁畴不是一个可以避免和忽略的麻烦，而是在反铁磁体方面提供了额外的可能性。”这些发现表明，耦合构成自旋波的准粒子（称为磁振子）有助于在反铁磁体内传递信息。这反过来又可能导致用磁振子在极快的时间尺度上进行计算，能量耗散极其有限。Bossini说：“不需要复杂的界面，也不需要昂贵且具有技术挑战性的纳米制造技术。”

Bossini表示，未来的研究可以设计具有多种不同定制域结构的反铁磁体，以探索它们的性能。科学家们在8月9日的《物理评论快报（Physical Review Letters）》上详细介绍了他们的发现。

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