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，可显著降低电子设备的能耗。与传统材料不同，Ni₄W能实现"无磁场切换"——即无需外部磁场即可翻转磁化状态——这为开发更快速、更高效的计算机存储及逻辑器件铺平道路。其低廉的生产成本使其特别适用于手机至数据中心等各类电子设备的规模化应用。
| 参数 | 限值 | 单位 |
|---|---|---|
| 溶解铁 | <0.001 | mg/L |
| 氢氟酸 (HF(aq)) | <0.05 | mg/L |
| 25℃电阻率 | >18.0 | MΩ·cm |
| 总有机碳 (TOC) | <0.050 | mg/L |
| 总二氧化硅 (以 SiO2计) | <0.005 | mg/L |
| 钠 (Na) | <0.001 | mg/L |
| 氯化物 (Cl) | <0.001 | mg/L |
| 锌 (Zn) | <0.001 | mg/L |
| 钾 (K) | <0.001 | mg/L |
| 镍 (Ni) | <0.001 | mg/L |
| 铜 (Cu) | <0.001 | mg/L |
| 25℃ pH值 | 6.5 – 7.5 | - |
| 颗粒物 (>0.05 µm) | <100 | 每毫升 |
性能规格
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 最大进料压力 | 100 |
| 工作温度范围 | 5 – 45 |
| 最大进料总溶解固体 (TDS) | 500 |
| 最大进料硬度 (以 CaCO3计) | 50 |
| 最大进料 SDI15 | 5 |
| pH范围 (连续运行) | 3 – 10 |
| pH范围 (短期清洗，30分钟) | 2 – 11 |
该研究最近发表在同行评议的科学期刊Advanced Materials（《先进材料》）上。研究人员还拥有这项技术的专利。
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、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，该团队展示了一种更高效的方法，使用一种名为Ni₄W（镍和钨的合金）的材料来控制微型电子器件中的磁化。团队发现，这种低对称性材料能产生强大的自旋轨道矩（SOT）——这是操控下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气与计算机工程系（ECE）杰出麦克奈特教授兼Robert F. Hartmann讲席教授王建平（Jian-Ping Wang）表示：“Ni₄W降低了数据写入的功耗，有可能显著减少电子设备的能源消耗。”
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，使未来的电子设备更智能、更可持续。
王建平课题组五年级博士生、论文共同第一作者杨一飞（Yifei Yang）说：“与传统材料不同，Ni₄W能够在多个方向上产生自旋电流，实现磁态的‘无场’切换，无需外部磁场。我们在Ni₄W单独存在以及覆钨状态下均观测到其具有多方向性的高SOT效率，这表明其在低功耗、高速自旋电子器件中具有强大的应用潜力。”
Ni₄W由常见金属制成，可使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，不久或将应用于我们日常使用的技术中，如智能手表、手机等。
论文共同第一作者、ECE博士后研究员李升俊（Seungjun Lee）表示：“我们非常高兴地看到计算结果验证了该材料的选择以及SOT实验观测结果。”
接下来的步骤是在他们先前工作的基础上，将这些材料制备成更小的器件。
除了王建平、杨一飞和李升俊外，ECE团队成员还包括论文的另一位资深作者、Paul Palmberg讲席教授Tony Low，以及Yu-Chia Chen、Qi Jia、Brahmudutta Dixit、Duarte Sousa、Yihong Fan、Yuhan Huang、Deyuan Lyu和Onri Jay Benally。这项工作是与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合作完成的。
这项工作获得了领先全球的研究中心“先进信息技术自旋电子材料中心”（SMART）的支持。该中心汇聚了来自全国各地的专家，共同开发基于自旋的计算和存储系统技术。SMART是美国国家标准与技术研究院赞助的半导体研究联盟项目“nCORE”下设的七个中心之一。该研究还得到了全球研究合作逻辑与内存计划的支持。此研究是与明尼苏达大学表征中心和明尼苏达纳米中心合作完成的。