明尼苏达大学双城分校的研究人员利用镍钨合金（Ni₄W）在记忆体技术领域取得突破性进展。该材料展现出强大的磁控特性，可将电子设备的能耗显著降低。与传统材料不同，Ni₄W可实现"无外场切换"——即无需外部磁体即可翻转磁化状态——这为开发更快速、更高效的计算机记忆体与逻辑器件铺平道路。其低廉的生产成本更使其成为手机至数据中心等各种设备规模化应用的理想选择。
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。