增强存储技术：用于低功耗磁存储的多铁磁性纳米点

传统的存储器件是易失性的，而当前的非易失性存储器件依赖于铁磁或铁电材料来进行数据存储。在铁磁器件中，数据是通过排列磁矩来写入或存储的，而在铁电器件中，信息存储依赖于电偶极子的排列

然而，产生和操纵磁场是能量密集型的，在铁电存储设备中，读取数据会破坏极化状态，需要重新写入存储单元

包含铁电和铁磁有序的多铁磁性材料为更高效和通用的存储器技术提供了一个有前途的解决方案。钴取代的BiFeO3（BiFe0.9Co0.1O3，BFCO）是一种多铁性材料，表现出强磁电耦合，这意味着极化的变化会影响磁化

因此，可以使用电场写入数据，这比产生磁场更节能，并使用磁场读取数据，这避免了破坏性的读出过程

在多铁性存储器件的一个重要里程碑中，由日本东京理工学院的Masaki Azuma教授和Kei Shigematsu助理教授领导的一个研究团队成功开发出了具有单个铁电和铁磁畴的纳米点

“在东京理工学院创新研究所的住友化学下一代环保设备合作研究集群，重点关注基于强相关电子系统原理在磁性能和电学性能之间表现出互相关响应的多铁性材料。

”该中心旨在开发下一代低功耗非易失性磁存储设备的材料和工艺，以及进行可靠性评估和社会实施，”Azuma说。

在他们于2024年4月9日发表在《ACS应用材料与界面》杂志上的研究中，研究人员利用脉冲激光沉积将多铁性BFCO沉积到导电Nb:SrTiO3（001）上。他们使用阳极氧化铝（AAO）控制沉积过程具有可调节孔径的掩模，从而产生直径为60nm和190nm的纳米点

BFCO是低功耗、非易失性磁存储器件的一种很有前途的选择，因为它的磁化方向可以通过电场反转。在分别使用压电响应力显微镜和磁力显微镜观察极化和磁化方向时，研究人员发现纳米点表现出相关的铁电和铁磁畴结构

有趣的是，当比较不同尺寸的纳米点时，他们注意到了显著的差异。使用草酸AAO掩模制成的较小的60nm纳米点显示出单一的铁电和铁磁畴，其中极化和磁化方向始终均匀

然而，使用丙二酸AAO掩模形成的较大的190nm纳米点具有多畴涡旋铁电和磁性结构，表明强磁电耦合

Shigematsu说：“这种铁电和铁磁性的单畴结构将是研究BFCO作为电场写入磁读出存储设备的理想平台，而多畴结构为基础研究提供了一个游乐场。”

非易失性磁存储器件对于各种电子应用至关重要，因为即使在关闭电源的情况下，它们也能保留存储的信息。BFCO 60 nm纳米点具有单一铁磁和铁电畴的独特组成，在创建写入和读取操作所需电能最小的磁存储器件方面显示出巨大的潜力