鐵磁“三明治”可將數據存儲效率提高萬倍

　　據物理學家組織網6月19日（北京時間）報道，美國科學家最新研發出一種鐵磁薄膜“三明治”系統，其效率為傳統鐵磁存儲系統的1萬倍，有望使更快更緊密且能效更高的用于存儲和計算的芯片出現。相關研究發表在最新一期《自然·材料學》雜志上。

　　鐵磁材料包含南極和北極，當用其存儲數據時，其表面獨立的“域”可能會讓極朝上或朝下，以代表1和0。正常情況下，當鐵磁材料通電時，電流會推動域順著電流方向沿表面行進；但此前有科學家發現，域也會朝相反方向行進，最新研究就能解決這個疑問。

　　科學家們將一塊纖薄的鐵磁材料薄膜放在金屬基座上，在其頂端放置一層氧化物，形成一塊鐵磁“三明治”。他們發現，當鐵磁薄膜置于鉑上時，域的運動方向與電流反向；而當其他條件都不變，將鐵磁薄膜置于鉭上時，域的運動方向與電流同向。這意味著，關鍵并不在于鐵磁材料本身，而在于支撐其的金屬是什么。

　　這表明存在一種效應改變了域的指向。正常情況下，當自旋方向從一個域變化到另一個域（從“上”到“下”時），改變的方向是隨機的。但在這些薄膜“三明治”內，自旋方向要么順時針要么逆時針。正是這種獨特的效應，讓電流必須用更多力來推動域，而且域移動的方向可以通過改變放在磁鐵下面的非磁金屬來改變。這種效應被稱為手性效應，這是科學家們首次演示磁域中的手性行為。

　　該研究的高級作者、麻省理工學院（MIT）材料科學和工程學副教授杰弗里·比奇說：“只有幾種磁性材料能表現出手性效應，而且條件極為苛刻：在非常奇特的結構內、溫度只比絕對零度高一點且只在完美的單晶體中。而新現象在室溫下，在很適合用來做集成電路的設備中就出現了。”

　　在新的鐵磁“三明治”中，推動磁域的力是傳統鐵磁存儲系統的100倍，而需要移動域的能量與力的平方成正比，因此，新系統的效率可能是現有技術的1萬倍。另外，新結構完全可以同目前的制造技術相兼容，將有望大大改變存儲系統的面貌。

　　該研究的主要作者、MIT的研究生薩特路·艾莫瑞表示，目前的存儲系統有計算機內部的存儲系統、磁盤上的存儲系統和固態USB存儲系統。理論上講，通過利用新效應，“所有存儲系統或許可以由一種材料來滿足”。

　　總編輯圈點

　　爆炸性增長的海量數據正潮水般地沖擊著存儲設備，為解決大數據和高并發訪問的需求，大規模分布式云存儲漸成趨勢，各地紛紛興建云計算中心。然而，不論單機還是云存儲，最終都會受限于硬件性能而不能無限擴展，并日益面臨來自能源和冷卻方面的嚴峻挑戰。我們迫切需要新技術來延續存儲硬件的摩爾定律，并同時滿足高效和低耗能兩種要求。因此，這種能提高萬倍效率的新結構，對云計算的更快發展和節能環保都意義重大。