電子自旋魔法   麻省理工學院新研究激發了計算發展

編譯／高晟鈞

麻省理工研究團隊成功地發現一種凡德瓦磁性材料；透過對其在室溫下的精確控制，有望實現效率更好、更快的處理器與電腦記憶體。

凡德瓦磁性材料

凡德瓦材料，是指二維材料在不同「層」之間，以凡德瓦力作為鍵結力（束縛力），相互堆疊而成的塊材。這幾年，凡德瓦磁性材料（Van der Waals, vdW ）的出現，為探索接近真實二維極限下的長程磁有序現象提供了豐富的可能性。

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在鐵磁性材料中，電子之自旋磁矩是透過彼此間交換耦合之作用而形成長程磁有序之狀態，自旋磁矩的排列會受到材料特性影響，而有其偏好的排列方式，這種特性被稱為「磁異向性」。

近年來，對於許多新穎之磁性元件，例如非揮發性磁性記憶體（MRAM），便是使用具垂直磁異向性之磁性薄膜作為磁記錄層以及磁參考層，並搭配自旋傳輸矩 （Spin-transfer Torque）效應寫入資訊。

具有室溫磁性的二維材料

儘管凡德瓦磁性材料擁有令人驚豔的特性，但通常只能在極冷的溫度下（-213^oC）進行控制，大大延緩了其大範圍應用於電腦處理器或記憶體的可能性。

對此，研究團隊使用特殊技術，生長了一種名為碲化鐵鎵（Iron Gallium Telluride）的二維塊狀晶體，並與僅有六奈米厚的鉑層製造了一個兩層磁性裝置。這種磁鐵具備所有有效室溫磁性所需備的所有特性，且不含稀土元素，對環境更為友善。

研究團隊可以透過向磁鐵發射電子脈衝，影響材料中的電子自旋，進而改變裝置的磁化方向與強度。碲化鐵鎵的特殊性質，允許研究團隊使用少量的電流，便可以在室溫下進行這種轉換，避免向設備注入過多電流所導致的過熱和消磁。

未來這種磁鐵可以用於製造速度更快、更節能的電腦，使複雜的AI人工智慧更有效率；抑或是製造非揮發性磁性記憶體，避免斷電時遺失重要信息。

資料來源:ScitechDaily

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