微型金属无需磁铁即可实现磁性转换——或将驱动电子技术的未来发展

这项研究最近发表在经过同行评议的科学期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。研究人员还拥有该技术的专利。

随着技术的持续发展，对新兴存储技术的需求也在增长。研究人员正在寻找现有存储解决方案的替代和补充方案，这些方案需要在高性能的同时实现低能耗，以增强日常技术的功能性。

在这项新研究中，团队展示了一种更高效的方法，使用一种名为Ni₄W（镍钨化合物）的材料在微型电子器件中控制磁化。团队发现，这种低对称性材料能产生强大的自旋轨道力矩（SOT）——这是下一代存储和逻辑技术中操纵磁性的关键机制。

"Ni₄W降低了数据写入的功耗，有望显著减少电子设备的能源消耗，"论文资深作者、明尼苏达大学双城分校电子与计算机工程系杰出麦克奈特教授兼Robert F. Hartmann讲席教授王剑平（Jian-Ping Wang）表示。

这项技术有助于降低智能手机和数据中心等设备的电力消耗，使未来的电子产品更智能、更可持续。

"与传统材料不同，Ni₄W能在多个方向产生自旋电流，实现磁态的'无磁场'切换，无需外部磁场。我们在Ni₄W自身及其与钨的叠层结构中观察到高多方向SOT效率，表明其在低功耗、高速自旋电子器件中具有强大应用潜力。"王教授课题组的五年级博士生、论文共同第一作者杨逸飞（Yifei Yang）解释道。

Ni₄W由常见金属制成，可采用标准工业流程生产。这种低成本材料对行业合作伙伴极具吸引力，有望很快应用于智能手表、手机等日常技术产品。

"看到计算结果验证了材料选择与SOT实验观测结果，我们非常兴奋，"电子与计算机工程系博士后研究员、论文共同第一作者李承俊（Seungjun Lee）表示。

下一步工作是将这些材料制成比先前研究更小型的器件。

除王剑平、杨逸飞和李承俊外，电子与计算机工程系团队还包括Paul Palmberg讲席教授Tony Low（论文另一位资深作者）、陈宇嘉（Yu-Chia Chen）、贾琦（Qi Jia）、布拉姆杜塔·迪克西特（Brahmudutta Dixit）、杜阿尔特·索萨（Duarte Sousa）、范毅宏（Yihong Fan）、黄宇涵（Yu-Han Huang）、吕德元（Deyuan Lyu）和奥恩里·杰伊·贝纳利（Onri Jay Benally）。该研究与明尼苏达大学表征中心的Michael Odlyzko、Javier Garcia-Barriocanal、余桂川（Guichuan Yu）、格雷格·豪格斯塔德（Greg Haugstad），以及化学工程与材料科学系的扎克·克雷斯韦尔（Zach Cresswell）和梁爽（Shuang Liang）合作完成。

这项工作获得了先进信息技术自旋材料中心（SMART）的支持。该全球领先研究中心汇聚全国专家，致力于开发基于自旋的计算与存储系统技术。SMART是半导体研究公司（SRC）nCORE计划下属七个中心之一，该计划由美国国家标准与技术研究院（NIST）资助。全球研究合作逻辑与存储计划也为此研究提供了支持。本研究与明尼苏达大学表征中心和明尼苏达纳米中心合作完成。