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据《自然·材料》杂志近日刊发的一篇研究论文称，美国科学家最新开发的一种控制微芯片磁性的手段或将为研制存储、计算和传感设备打开一扇新的大门，耗能将比现有版本少得多。此外，该方法还可以克服一些迄今为止阻碍延缓这一领域研究进展的固有物理限制。
美国麻省理工学院（MIT）和美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，简称BNL）的研究人员已经证明，他们可以仅通过使用一个微量电压就能控制一块薄膜材料的磁性。他们发现，与当前的标准记忆芯片不同的是，通过这种方式所生成的磁场方向改变并不需要任何持续的动能，就能维持其新的磁性状态。这篇研究论文由MIT材料科学与工程教授、材料研究实验室联合主任杰弗里·比奇（Geoffrey Beach）、该校研究生Aik Jun Tan以及另外八个来自MIT和BNL共同撰写。
当硅微晶片在发挥性能的过程中快要达到其基本物理极限时，它们降低其能耗并同时不断提高自身性能的能力就大大受限了。长久以来，研究人员一直在探索各种各样、或许能绕过这些限制的新技术。这项最新的发现通过使用氢离子而不是以前尝试中使用的、体积大得多的氧离子成功地绕开了这些限制。研究人员透露，由于氢离子相对小得多，它们可以很容易地在自旋电子器件的晶体结构中进出，因此这个新的系统不仅运行速度更快，而且还能提供若干其它显著的优势，比如，它能在免于破坏材料的条件下每次都成功改变其磁场方向。
具体说来，该研究小组已经证明，在经过多达2000多次的循环运转后，该材料依然不会被这个过程所降解退化。此外，另一个与氧离子不同的显著特性是，氢离子能够很容易地穿过金属层，从而让研究小组能够控制设备深层部分的性能，而这是通过其它方法无法实现的。
比奇的实验室几年前就发现了通过氧离子控制磁性的原始过程。他表示，那个最初的发现引发了一系列对一个全新领域的广泛研究，这个领域被称为“磁离子学”（magnetic ionics）。比奇解释道，从本质上说，他的团队正在“尝试制造一种类似于晶体管的磁性模拟装置”——这种装置可以反复开关，而不会降低其物理性能。
比奇指出，这类新设备由于其耗能量低和切换速度快的特点，最终可能在移动计算等设备制造领域大有应用潜力，尽管这项技术仍处于初级阶段，还亟需进一步开发。他展望道：“我预见，几年或更短的时间之内能看到该技术的实验室原型成品问世。”不过他表示，制造一块功能完整的储存单元“相当复杂”，可能需要更长的研发时间。
科界原创 编译：Jonathan 审稿：西莫 责编： 唐林芳
期刊来源：《自然·材料》（Nature Materials）
期刊编号：1476-1122
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181112191858.htm
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