磁存储材料新技术 可提升信息存储速度和密度

在信息爆炸的时代，信息存储尤为关键。记者了解到，近期我国科研人员突破了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，使超快速响应超高密度反铁磁随机存取存储器的研制成为可能，有望大幅提升手机、计算机等信息产品运行速度。

该研究由北京航空航天大学材料学院磁性功能材料研究团队、华中科技大学物理学院、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所加工平台合作完成，相关成果近日在国际学术期刊《自然》杂志上发表。

磁性功能材料是大规模数据存储机械硬盘的核心材料，相较于传统半导体存储器，磁存储器件依赖非易失量子自旋属性，储存能力更加稳定。反铁磁材料便是一类新型磁存储材料，作为数据存储介质，相邻数据位可以密排列以提升存储密度，并且可使数据写入速度大幅提升。

据了解，此前已有的反铁磁存储器件的电信号输出，主要依赖面内电子输运的各向异性磁电阻效应，高低阻态之间的电阻差值很小，常温下数据写入后难以有效读出，导致出现乱码等无效储存情况。

“就像流水一样，高低落差越大，水流越顺畅。这里的高低阻态之间的电阻差值变大，数据写入后才能被电路更清晰地识别出来。”该论文第一单位通讯作者、北京航空航天大学材料学院教授刘知琪举例说。

刘知琪介绍，科研团队突破了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，通过界面应力诱导非共线反铁磁单晶薄膜的晶格四方度变化，产生了单轴磁各向异性，以及显著的反常霍尔效应。基于该反常霍尔效应，实验发现了全反铁磁异质界面（共线反铁磁/非共线反铁磁）的交换偏置效应，从而设计制备出多层膜新型全反铁磁存储器件，大幅提升了数据读出可靠性。

“新型反铁磁存储器件实现了垂直电子输运，对比原有面内电子输运的反铁磁存储器件，它的常温高低阻态差值提升了近3个数量级，从而有望使信息存储速度和密度大幅提升。”该论文另一通讯作者、北京航空航天大学材料学院教授蒋成保说。