铁磁性和反铁磁性共存，原子级厚度二维材料可大幅降低存储器能耗

科技日报记者 张佳欣

据最新一期《先进材料》杂志报道，瑞典查尔姆斯理工大学研究人员在开发新型层状磁性材料方面取得突破。他们研发出一种原子级厚度的二维材料，能够使铁磁性和反铁磁性在材料结构中共存，从而将存储器的能耗降低至原来的约十分之一。这一发现可能为人工智能、移动技术和高级数据处理带来新一代超高效、可靠存储方案。

随着数字数据量呈指数增长，未来几十年内，数据存储、处理和传输或将占全球能源消耗的近30%。这一趋势迫使科研人员寻找更加节能的存储技术，同时探索全新的技术可能性。磁性在数字存储技术发展中已成为关键因素。利用磁性材料中电子在外部磁场和电流作用下的行为，人们可以设计更快、更小且更节能的存储芯片。

通常存在两种基本磁性状态，即铁磁性和反铁磁性。将这两种相反磁性结合，既具有科学研究价值，也能为计算机存储和传感器提供技术优势。然而，在此前的存储器材料中，这种共存只能通过堆叠不同铁磁和反铁磁材料的多层结构实现。

此次研究的突破在于，将铁磁性和反铁磁性整合到单一的二维晶体结构中，实现了电子方向切换的倾斜磁性。这种设计使电子能够快速、轻松地切换方向，无需外部磁场，从而将存储器能耗降低至约原来的十分之一。

这种材料由钴、铁、锗、碲等磁性与非磁性元素构成的合金制成，使铁磁性和反铁磁性能在单一结构中共存。在存储器中，这些二维晶体薄膜通过范德华力层叠，而非传统的化学键结合，避免了多层堆叠中的界面问题，提高了制造可靠性，同时简化了生产工艺。