三維磁性相互作用可能導(dǎo)致新的計算形式

科學(xué)家說，一種新的磁性相互作用將先前的二維現(xiàn)象推向第三維，可以為數(shù)據(jù)存儲和高級計算開辟一系列激動人心的新機遇。

在今天發(fā)表在“ 自然材料 ”雜志上的一篇新論文中，由格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個小組描述了如何找到一種新方法，成功地將一系列排列在超薄薄膜上的微小磁鐵的信息傳遞到磁鐵上下面的第二部電影。

他們的突破為“自旋電子學(xué)”增加了文字和隱喻的額外維度，“自旋電子學(xué)”是專門用于數(shù)據(jù)存儲，檢索和處理的科學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)對科技行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。

任何玩過一對磁鐵的人都知道對立面吸引了 - 一塊磁鐵的南極吸引了另一塊磁鐵的北極。雖然大多數(shù)人都熟悉這種情況，但隨著磁鐵的縮小，磁鐵相互作用的方式會發(fā)生一些重大變化。

在納米尺度 - 磁性材料可以只有幾十億分之一米 - 磁體以奇怪的新方式相互作用，包括以90度角而不是直接相互吸引和排斥的可能性。

科學(xué)家已經(jīng)學(xué)會了如何利用這些不尋常的特性來編碼和處理覆蓋在單層納米級磁體中的薄膜信息。

這些“自旋電子”系統(tǒng)的優(yōu)勢 - 低功耗，高存儲容量和更強大的穩(wěn)健性 - 為磁性硬盤驅(qū)動器等技術(shù)做出了寶貴的補充，并使自旋電子學(xué)的發(fā)現(xiàn)者在2007年獲得諾貝爾獎。

然而，目前在計算機中使用的磁系統(tǒng)的功能仍局限于一個平面，限制了它們的容量。現(xiàn)在，格拉斯哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團隊 - 以及劍橋大學(xué)和漢堡大學(xué)，埃因霍溫技術(shù)大學(xué)和阿爾托大學(xué)理學(xué)院的合作伙伴 - 開發(fā)了一種新方法，將信息從一層傳遞到另一層，增加了新的存儲和計算的潛力。

Amalio Fernandez-Pacheco博士是該大學(xué)物理與天文學(xué)院EPSRC早期職業(yè)研究員，也是該論文的第一作者。他說：“鄰近層之間這種新型相互作用的發(fā)現(xiàn)為我們提供了一種豐富而令人興奮的方法來探索和利用多層納米級磁體中前所未有的三維磁性狀態(tài)。

“這有點像在音階中給予一個額外的音符來玩 - 它開辟了一個全新的可能性世界，不僅僅是傳統(tǒng)的信息處理和存儲，而是潛在的新形式的計算，我們甚至沒想過但是。“

團隊創(chuàng)建的信息的層間傳輸依賴于物理學(xué)家所知的手征自旋相互作用，這是一種有利于相鄰納米級磁體中特定旋轉(zhuǎn)感的磁力。由于自旋電子學(xué)的最新進展，現(xiàn)在可以穩(wěn)定磁層內(nèi)的這些相互作用。例如，這已經(jīng)被用于制造skyrmions，一種具有用于計算應(yīng)用的優(yōu)異特性的納米級磁性物體。

該團隊的研究現(xiàn)在首次將這些類型的交互擴展到相鄰層。他們制造了一個由非磁性金屬隔板隔開的超薄磁性薄膜形成的多層系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及每層及其界面的特性的精確調(diào)整產(chǎn)生了不尋常的傾斜磁性配置，其中兩層的磁場形成0到90度之間的角度。

與標準的多層磁體不同，這些磁場比逆時針形成更容易形成順時針配置，這是在兩個磁層之間存在層間手征自旋相互作用的指紋。在室溫和標準環(huán)境條件下觀察到這種旋轉(zhuǎn)對稱性的破壞。因此，這種新型的層間磁性相互作用打開了激動人心的視角，以實現(xiàn)自旋電子技術(shù)中拓撲復(fù)雜的磁性3-D配置。