这种微型金属无需磁体即可切换磁态——有望驱动电子设备的未来

该研究近期发表在同行评审科学期刊《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，对新兴存储器技术的需求也在不断增长。研究人员正在寻找现有存储器解决方案的替代或补充方案，这些方案需要在高性能、低能耗的条件下运行，以增强日常技术的功能性。

在这项新研究中，团队展示了一种利用镍钨合金（Ni₄W）材料在微型电子器件中控制磁化的更高效方法。团队发现这种低对称性材料能产生强大的自旋轨道转矩（SOT）——下一代存储和逻辑技术中操纵磁性的关键机制。

论文资深作者、明尼苏达大学双城分校电气与计算机工程系杰出麦克奈特教授兼Robert F. Hartmann讲席教授王建平（Jian-Ping Wang）表示："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。"

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

论文共同第一作者、王教授课题组五年级博士生杨逸飞（Yifei Yang）解释道："与传统材料不同，Ni₄W能产生多方向自旋流，实现无需外部磁场的'无场'磁态切换。我们在Ni₄W单体及其与钨的叠层结构中均观察到高多方向SOT效率，这表明其在低功耗高速自旋电子器件中具有巨大应用潜力。"

Ni₄W由常见金属构成，可通过标准工业流程制造。这种低成本材料对工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。

论文共同第一作者、电气与计算机工程系博士后Seungjun Lee表示："我们非常高兴地看到计算结果验证了材料选择方案及SOT实验观测结果。"

接下来的步骤是将这些材料制备成比先前工作更小的器件。

除王建平、杨逸飞和Lee外，电气与计算机工程系团队还包括论文另一位资深作者Paul Palmberg讲席教授Tony Low，以及陈禹嘉（Yu-Chia Chen）、贾奇（Qi Jia）、Brahmudutta Dixit、Duarte Sousa、范祎宏（Yihong Fan）、黄宇晗（Yu-Han Huang）、吕德远（Deyuan Lyu）和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）和Greg Haugstad，以及化学工程与材料科学系的Zach Cresswell和梁爽（Shuang Liang）合作完成。

本研究得到世界领先研究中心SMART（面向先进信息技术的自旋电子材料）的支持，该中心汇聚全美专家共同开发自旋计算与存储系统技术。SMART是半导体研究协会nCORE计划下设的七大中心之一，由美国国家标准与技术研究院资助。工作还获得全球研究协作逻辑与存储器计划支持，并与明尼苏达大学表征中心及明尼苏达纳米中心合作完成。