美國麻省理工學(xué)院物理學(xué)家在單原子薄材料中發(fā)現(xiàn)了一種奇異的“多鐵性”狀態(tài)。他們的觀察首次證實(shí)了多鐵性可存在于完美的二維材料中。發(fā)表在最新一期《自然》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)，為開發(fā)更小、更快、更高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備鋪平了道路，這些設(shè)備由超薄的多鐵性比特和其他新的納米級(jí)結(jié)構(gòu)組成。

研究作者、麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授努格迪克稱，二維材料就像樂高積木，不同組合會(huì)出現(xiàn)百變形狀。“現(xiàn)在我們有了一個(gè)新的樂高積木：?jiǎn)螌佣噼F體，它可與其他材料堆疊在一起，誘導(dǎo)出有趣的特性。”

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，碘化鎳在其二維形式中是多鐵性的。更重要的是，這項(xiàng)研究首次證明了多鐵有序可存在于二維中，這是構(gòu)建納米級(jí)多鐵存儲(chǔ)位的理想維度。

在材料科學(xué)中，“多鐵性”指的是材料電子中任何屬性在外場(chǎng)下的集體轉(zhuǎn)換，如它們的電荷或磁自旋方向。材料可以表現(xiàn)為幾種鐵性狀態(tài)中的一種。例如，鐵磁材料是電子自旋集體沿著磁場(chǎng)方向排列的材料，就像向日葵向著太陽轉(zhuǎn)一樣。同樣地，鐵電材料由自動(dòng)與電場(chǎng)對(duì)齊的電子電荷組成。

在大多數(shù)情況下，材料要么是鐵電性的，要么是鐵磁性的。它們很少能同時(shí)體現(xiàn)這兩種狀態(tài)。“這種組合非常罕見，”研究作者之一里卡多·科明教授說。“即使對(duì)整個(gè)元素周期表都不加限制，也不會(huì)有太多這樣的多鐵材料生產(chǎn)出來。”

但最近幾年，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里以奇特的耦合方式合成了表現(xiàn)出多鐵性的材料，既表現(xiàn)為鐵電體，又表現(xiàn)為鐵磁體。電子的磁自旋不僅可受磁場(chǎng)影響，還可受電場(chǎng)影響。

這種耦合的多鐵性狀態(tài)令研究人員十分興奮，因?yàn)樗哂虚_發(fā)磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的潛力。在傳統(tǒng)的磁性硬盤驅(qū)動(dòng)器中，數(shù)據(jù)被寫入快速旋轉(zhuǎn)的磁盤上，磁盤上刻有微小的磁性材料域。懸浮在磁盤上的一個(gè)小尖端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，它可以共同將域的電子自旋切換到一個(gè)方向或另一個(gè)方向，以表示編碼數(shù)據(jù)的基本“位”——“0”或“1”。

尖端的磁場(chǎng)通常是由電流產(chǎn)生的，這需要大量的能量，其中一些能量可能會(huì)以熱的形式損失。除了硬盤過熱外，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)和切換磁位的速度也有限制?？泼骱团竦峡说任锢韺W(xué)家認(rèn)為，如果這些磁性比特可由多鐵性材料制成，它們就可使用更快、更節(jié)能的電場(chǎng)而不是電流感應(yīng)磁場(chǎng)來切換。如果使用電場(chǎng)，寫入比特的過程將會(huì)快得多，因?yàn)樵陔娐分锌稍趲追种患{秒內(nèi)產(chǎn)生場(chǎng)，這可能比使用電流快數(shù)百倍。(實(shí)習(xí)記者張佳欣)

標(biāo)簽： 首次證實(shí) 可存在于 二維材料中