微米氧化镍(反铁磁体中磁性现象的新发现有望迎来更快、更有效率的数据存储)

Posted 2023-05-26

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微米氧化镍(反铁磁体中磁性现象的新发现有望迎来更快、更有效率的数据存储)

磁波在反铁磁体中是如何表现的，它们是如何传播的？在这个过程中，"域壁"发挥了什么作用？这对数据存储的未来又意味着什么？这些问题是康斯坦茨物理学家Davide Bossini博士领导的一个国际研究小组最近在《物理评论快报》杂志上发表的一篇文章的重点。

该小组报告了反铁磁体中的磁性现象，这些现象可由超快（飞秒）激光脉冲诱导，并有可能赋予这些材料以新的功能，用于节能和超快数据存储应用。

现状：对存储容量的需求增长速度超过了现有的基础设施

对大数据技术和基于云的数据服务的疯狂使用意味着全球对数据存储的需求在不断扩大--同时对更快的数据处理的需求也在不断扩大。同时，目前可用的技术将无法永远跟上。康斯坦茨大学的物理学家Davide Bossini博士是这项研究的主要作者，他说："据估计，如果在此期间不能开发出新的、更有效的数据存储和处理技术，那么只能在大约10年的有限时期内满足日益增长的需求。"

更快、更有效的数据存储

康斯坦茨大学的研究小组发现了反铁磁体中的磁性现象，这可能为开发更快和更有效的数据存储铺平道路。

为了防止数据危机的发生，仅仅是不断地建造越来越多的数据中心，以目前的技术水平运作是不够的。未来的技术还必须比基于磁性硬盘的传统大规模数据存储更快、更节能。有一类材料，即反铁磁体，是开发下一代信息技术的一个有希望的候选材料。

反铁磁体的结构

我们都熟悉由铁或其他铁磁性材料制成的家用磁铁。这些材料的原子在磁性上都是朝向同一方向的--就像指南针的小针一样--这样就会发生磁极化（磁化），影响到周围的环境。相比之下，反铁磁体的原子具有交替的磁矩，相互抵消。因此，反铁磁体没有净磁化，因此对周围环境没有磁性影响。

不过，在内部，这些在自然界中大量发现的反铁磁体被分割成许多较小的区域，称为域，其中相反方向的磁矩在不同方向上排列。这些域被称为"域壁"的过渡性区域彼此分开。"Bossini博士说："尽管这些过渡区域在反铁磁体中是众所周知的，但直到现在，人们对域壁对反铁磁体的磁特性的影响知之甚少--尤其是在极短的时间内。"

飞秒级的磁现象

文章中，研究人员描述了当反铁磁体（更具体地说：氧化镍的晶体）暴露在超快（飞秒）激光脉冲下会发生什么。飞秒尺度是如此之短，以至于即使是光在这段时间内也只能移动非常小的距离。在四百万亿分之一秒（飞秒）内，光只移动了0.3微米--相当于一个小型细菌的直径。

国际研究小组表明，域壁在反铁磁体氧化镍的动态特性中发挥着积极作用。实验显示，不同频率的磁波可以被诱导、放大，甚至在不同的域中相互耦合--但只有在有域壁存在的情况下。"Bossini解释说："我们的观察表明，反铁磁体中域壁的普遍存在有可能被用来赋予这些材料以超快尺度的新功能。"

迈向更有效的数据存储的重要步骤

耦合不同磁波穿过域壁的能力突出了主动控制磁波在时间和空间上的传播，以及在飞秒尺度上单个磁波之间的能量转移的潜力。这是使用这些材料进行超高速存储和处理数据的前提条件。

这种基于反铁磁体的数据存储技术将比目前的技术快几个数量级，而且更节能。它们也将能够存储和处理更大的数据量。由于这些材料没有净磁化，它们也将更不容易受到故障和外部操纵的影响。"因此，基于反铁磁体的未来技术将满足下一代数据存储技术的所有要求。它们也有可能跟上对数据存储和处理能力日益增长的需求"，Bossini总结道。