研究人员在硅兼容磁涡流方面取得突破

牛津大学物理系的研究人员在创造和设计可与硅无缝集成的膜中的磁涡流方面取得了突破。这些飓风般的磁旋涡被认为以高达每秒公里的令人难以置信的速度移动，可以用作新一代绿色超高速计算平台的信息载体。

这项研究“拓扑丰富的独立纳米膜中的空间可重构反铁磁态”已发表在《自然材料》上。

传统上，这些难以捉摸的漩涡只能用与硅相容性有限的材料来产生，这阻碍了它们的实际应用。通过开发一种新型磁性层克服了这一障碍，这种磁性层可以从其原始晶体主体上分离并转移到任何所需的平台上——例如硅晶片。

这项工作由牛津大学物理系 Paolo Radaelli 教授研究小组的 Hariom Jani 博士领导，与新加坡国立大学和瑞士光源公司合作。

Jani 博士表示：“对于全面人工智能和自主设备等下一代计算应用来说，基于硅的计算能源效率太低。克服这些挑战将需要一种新的计算范式，该范式利用既快速又快速的物理现象。并有效增强现有技术。”

“我们一直在研究利用一种称为反铁磁体的特殊材料中的磁涡流，这种材料比现代设备快 100-1,000 倍。迄今为止的问题是，这些涡流只能在与反铁磁体不兼容的刚性晶体模板上产生。目前的硅基技术，因此我们的目标是找到一种方法将这些奇异的旋转转化为硅。”

“为了实现这一目标，我们制造了超薄的赤铁矿晶体膜(铁锈的主要成分，因此是最丰富的反铁磁体)，它在宏观尺寸上横向延伸，”拉达利教授解释道。“这种膜在晶体量子材料领域相对较新，结合了块体 3D 陶瓷和 2D 材料的优势特性，同时也易于转移。”

赤铁矿层生长在晶体模板的顶部，晶体模板上涂有由水泥成分制成的特殊“牺牲层”。该牺牲层溶解在水中，很容易将赤铁矿与晶体基底分离。最后，将独立式赤铁矿膜转移到硅和其他几个理想的平台上。

该小组开发了一种新颖的成像技术，利用线性偏振 X 射线来可视化这些膜内的纳米级磁性图案。这种方法表明，独立层能够承载一系列强大的磁涡流。这有可能实现超快速的信息处理。

“我们最令人兴奋的发现之一是我们的赤铁矿膜具有极高的灵活性，”贾尼博士说。

“与容易破裂的刚性、类似陶瓷的散装对应物不同，我们的柔性膜可以扭曲、弯曲或卷曲成各种形状而不会破裂。我们利用这种新发现的灵活性来设计三维磁涡流，这在以前是不可能的。不可能。将来，可以调整这些膜的形状，以在 3D 磁路中实现全新的旋转。”

该小组目前正在开发原型设备，该设备将使用电流来激发这些超快旋转的丰富动力。Jani 博士总结道：“最终，此类设备可以集成到新型计算机中，其工作方式更像人脑——我们对接下来发生的事情感到非常兴奋。”