加州大學河濱分校及其合作夥伴正在探索反鐵磁自旋電子學，這項技術可以通過量子力學解鎖閃電般的超密集記憶體和更智能的計算。

加州大學河濱分校通過加州大學國家實驗室費用研究計劃獲得了近400萬美元的資助，用於領導反鐵磁自旋電子學的一項重大研究計劃，這是一種有前途的先進存儲和計算技術的新方法。

在接下來的三年裡，該專案將探索如何利用反鐵磁性材料 —— 以其超快、基於自旋的特性而聞名 —— 來推動現代微電子技術的發展。

用反鐵磁體推進微電子學

“半導體微電子行業正在尋找新材料、新現象和新機制來維持技術進步，”加州大學洛杉磯分校物理學和天文學傑出教授、該獎項的首席研究員石靜（音譯）說。“與加州大學聖地牙哥分校、加州大學大衛斯分校、加州大學洛杉磯分校和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的共同首席研究人員合作，我們的目標是鞏固加州大學在這一領域的領導地位，並在不久的將來獲得校外中心和小組資金。”

自旋電子學是自旋電子學的簡稱，除了利用電荷外，還利用電子自旋的量子特性進行信息處理。反鐵磁自旋電子學提供了一種更快、更緊湊的替代方案，以取代目前用於存儲晶片和硬碟驅動器的鐵磁技術。

什麼是自旋電子學？快速入門

石靜解釋說，在鐵磁性材料中，所有的電子自旋都在同一方向上排列，從而產生淨磁矩。相反，反鐵磁體具有交替的自旋方向，因此沒有淨磁矩。儘管如此，相反排列的自旋方向可以被翻轉來代表兩種不同的狀態，這可以用於記憶體存儲。

“反鐵磁記憶體的優點是密度更高，因為缺乏凈磁矩意味著相鄰的比特不會相互干擾，”石靜說。“此外，由於更快的自旋動力學，反鐵磁體中的記憶體寫入速度更快，這是由一種稱為交換相互作用的量子相互作用驅動的。”

更快、更密集、更智慧的存儲系統

除了記憶體，反鐵磁體在計算方面也有潛力，特別是在“磁性神經網路”方面。特殊的反鐵磁體，稱為易平面反鐵磁體，可以攜帶自旋脈衝以最小的能量損失進行長距離傳輸，石靜解釋說。

“這些脈衝可以通過多個神經層傳播資訊，類似於生物神經網路中處理信號的方式，”他說。“這是可能的，因為一種叫做自旋超流動性的量子態，自旋脈衝在沒有太多耗散的情況下有效地穿過材料。”

自旋超流動性與節能處理

這個名為“用於先進存儲和計算的反鐵磁自旋電子學”的專案，將研究這些特殊的反鐵磁體並研究它們的潛力。研究人員將使用加州大學洛杉磯分校以及勞倫斯伯克利國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室的幾個實驗室設備。該專案還將涉及幾名博士後研究人員和研究生的參與。

石靜說，提案的審稿人認為這項研究是高風險和高回報的。

“未來還有很多挑戰，包括設計和合成材料的創新方法，但我們的團隊在反鐵磁材料合成方面擁有強大的專業知識，”他說。“我們有信心克服這些挑戰。”

UCR團隊包括物理學和天文學副教授伊戈爾·巴蘇科夫（Igor Barsukov）等人。