明尼苏达大学双城分校的研究人员利用镍钨合金Ni₄W在存储器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"无场开关"——无需外部磁体即可翻转磁态，这为开发更快速、更高效的计算机存储器和逻辑器件铺平道路。其制造成本低廉，非常适合广泛应用于从手机到数据中心的各种设备。
该研究近期发表在同行评议的科学期刊《先进材料》(Advanced Materials)上。研究人员还就该技术拥有专利。
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，这些方案需具备高性能和低能耗特性，以增强日常技术的功能性。
在这项新研究中，该团队展示了一种更高效的方法，利用镍钨化合物(Ni₄W)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)——这是操纵新一代存储和逻辑技术中磁性的关键机制。
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(ECE)杰出麦克奈特教授兼Robert F. Hartmann讲席教授王建平(音)表示："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。"
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，使未来电子设备兼具智能性和可持续性。
论文共同第一作者、王教授课题组五年级博士生杨一飞(音)解释道："与传统材料不同，Ni₄W能在多个方向产生自旋电流，实现无磁场辅助的磁态'无场'切换。我们在Ni₄W单层及其与钨的叠层结构中均观测到高多向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。"
Ni₄W由常见金属制成，可采用标准工业流程生产。这种低成本材料对工业合作伙伴极具吸引力，很快或将被应用于智能手表、手机等日常技术产品。
论文共同第一作者、电子与计算机工程系博士后Seungjun Lee表示："我们的计算结果证实了材料选择及SOT实验观测结果，这令我们非常振奋。"
下一步是将这些材料制成比先前工作更小尺寸的器件。
除王建平、杨一飞和Lee外，电子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，以及陈宇佳(音)、贾琪(音)、Brahmudutta Dixit、Duarte Sousa、范怡弘(音)、黄宇涵(音)、吕德远(音)和Onri Jay Benally。该研究与明尼苏达大学表征中心的Michael Odlyzko、Javier Garcia-Barriocanal、于贵川(音)和Greg Haugstad，以及化学工程与材料科学系的Zach Cresswell和梁爽(音)合作完成。
本研究获尖端信息技术自旋电子材料中心(SMART)支持，该国际领先研究中心汇聚全国专家开发自旋计算与存储系统技术。SMART是由美国国家标准与技术研究院(NIST)资助的半导体研究协会(nCORE)七大中心之一。工作同时受到全球研究协作逻辑与存储项目资助。本研究与明尼苏达大学表征中心及明尼苏达纳米中心合作开展。