这种微型金属无需磁铁即可切换磁性——或将驱动未来电子设备发展

该研究近期发表于同行评审科学期刊《先进材料》。研究人员已就此技术获得专利。

随着技术持续发展，对新兴存储技术的需求与日俱增。研究者正在寻找现有存储解决方案的替代和补充方案，这些方案需具备高性能与低能耗特性，以增强日常科技产品的功能性。

在这项新研究中，团队展示了一种更高效的方法，通过镍钨合金（Ni₄W）在微型电子器件中控制磁化。研究发现这种低对称性材料能产生强大的自旋轨道矩（SOT）——这是操纵下一代存储与逻辑技术中磁性的关键机制。

"Ni₄W降低了数据写入的功耗，可能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气与计算机工程系杰出McKnight教授兼Robert F. Hartmann讲席教授Jian-Ping Wang表示。

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且可持续。

"与传统材料不同，Ni₄W能产生多方向自旋电流，实现无需外磁场的'无场'磁态切换。我们在Ni₄W单层及与钨的叠层结构中均观测到高效多向SOT效应，表明其在低功耗高速自旋电子器件中的巨大潜力，"课题组五年级博士生、论文共同第一作者Yifei Yang解释道。

Ni₄W由常见金属制成，可采用标准工业流程生产。这种低成本材料对产业伙伴极具吸引力，有望很快应用于智能手表、手机等日常科技产品。

"我们非常高兴通过计算验证了材料选择与SOT实验观测结果，"电气与计算机工程系博士后、论文共同第一作者Seungjun Lee表示。

下一步是将这些材料加工成比先前工作更微型化的器件。

除Wang、Yang和Lee外，研究团队还包括论文另一位资深作者Paul Palmberg讲席教授Tony Low，以及Yu-Chia Chen、Qi Jia、Brahmudutta Dixit、Duarte Sousa、Yihong Fan、Yu-Han Huang、Deyuan Lyu和Onri Jay Benally。合作者包括明尼苏达大学表征中心的Michael Odlyzko、Javier Garcia-Barriocanal、Guichuan Yu和Greg Haugstad，以及化学工程与材料科学系的Zach Cresswell和Shuang Liang。

本研究获"先进信息技术的自旋电子材料"（SMART）中心支持。该顶尖研究中心汇聚全美专家开发自旋计算与存储系统技术，是美国国家标准与技术研究院支持的半导体研究联盟nCORE计划七大中心之一。项目还获得全球研究协作逻辑与存储器计划资助，并与明尼苏达大学表征中心和纳米中心合作完成。