问题——数据爆炸倒逼存储技术升级。
当前,全球进入数据密集型发展阶段,数据量持续攀升,带来两方面突出矛盾:一是存储与处理能力增长难以匹配数据扩张速度,二是由此带来的能耗压力加速显现。
业内对存储器件“更快、更密、更省电”的需求不断上升,存储介质与器件路线面临新一轮迭代窗口期。
多位国际科学家也对信息存储与处理能耗占比上升作出预判,提示必须以材料与原理创新降低单位数据的能源成本。
原因——传统磁性材料存在“易读写”与“高密度”难兼顾的瓶颈。
磁存储因稳定性好、可靠性高等特点长期占据重要位置,但传统铁磁材料虽然便于电学读写,却存在杂散磁场导致相互干扰的问题,制约进一步提升集成密度,并带来速度与功耗的潜在上限;反铁磁材料杂散场小、理论响应速度可达太赫兹量级,但电学高效读写和可控翻转长期是难题。
两类材料优势难以兼得,使新一代磁存储在材料层面遭遇关键瓶颈。
影响——交错磁体为“超快、高密度、低功耗”提供材料新解。
近年来兴起的交错磁体被认为有望同时吸收铁磁与反铁磁优势:在减少杂散场干扰的同时,具备更快动力学响应,并可实现电学读写与操控,因而被国际材料物理与磁学领域视为重要前沿方向。
相关研究表明,围绕交错磁体开展基础物性研究与器件验证,有望为存储、计算与太赫兹信息技术提供新的底层支撑。
对策——强化原创突破与平台支撑,形成从材料到器件的贯通路径。
在交错磁体研究方面,我国已进入国际第一梯队,从理论预言、材料发现到实验验证与物性研究,多项工作具有原创性与引领性。
以清华大学相关团队为例,研究团队早期通过实验验证交错自旋相关关键效应,被国际同行评价为验证交错磁体概念的重要实验进展,并推动相关材料研究进入国际视野。
在国家自然科学基金等项目以及北京市相关非共识项目支持下,该团队进一步取得国际首次突破:明确并验证晶体对称性是交错磁体的核心“指纹”特征,也是调控材料物态的重要维度。
基于这一认识,团队研发出可在室温稳定工作的交错磁体材料体系,并通过调控晶格结构诱发磁性对称性切换,在国际上率先实现交错磁体的全电学读写,使器件在无需外加磁场条件下具备独立工作的可能性。
研究还从实验层面更完整揭示交错磁序的物理内涵,为交错磁体作为独立新型磁性门类提供关键证据。
支撑上述研究的工艺与平台同样关键。
清华大学微纳加工中心的真空互联系统等装置平台,在北京市高精尖项目支持下历经多年建设,为制备与调控关键材料提供了重要条件,也为“从实验室到器件原型”的转化链条夯实基础。
前景——瞄准零磁场操控与规模集成,抢占下一代存储与太赫兹技术制高点。
面向实际应用,新一代存储追求更高集成密度,而对外加磁场的依赖难以与微型化、阵列化器件需求匹配。
围绕这一痛点,团队近期在国际期刊发表的新成果之一,聚焦于零磁场条件下对特定磁序实现高效电学操控,目标在于进一步降低系统复杂度并提升可集成性。
业内认为,随着材料可控生长、读写机制与器件结构协同优化,交错磁体及相关磁性体系有望在存储、逻辑、太赫兹通信与抗辐照应用等方向打开更广阔空间,并为关键领域核心技术自主可控提供新的突破口。
在全球科技竞争日益激烈的今天,基础研究的突破往往能带来产业变革的契机。
我国科学家在交错磁体领域的系列成果,不仅展现了原始创新的实力,更为解决信息技术发展的瓶颈问题提供了中国方案。
这再次证明,坚持自主创新、加强基础研究,是实现科技自立自强的必由之路。