（文章來源：環球創新智慧）

磁性材料，是硬盤存儲器等現代數字信息技術的重要基礎。之前，筆者曾經介紹過許多有關磁性材料的創新成果，接下來先帶大家回顧一下。

第一，日本北海道大學的科學家開發出一種可快速安全地在磁性和非磁性信號之間切換的存儲材料，它將使得固態硬盤和USB閃存驅動器等傳統存儲器件的存儲容量翻倍。第二，德國美因茨大學的物理學家在反鐵磁體中讀出和寫入數字信息，未來有望帶來穩定的超快速磁存儲器。

第三，美國明尼蘇達大學研究人員研究出一種涉及磁阻效應的新型拓撲絕緣體，未來它將改善計算與存儲。第四，新加坡國立大學研究團隊成功地將磁存儲芯片嵌入到塑料材料中，在柔性材料上制造出存儲芯片。這項研究中的存儲芯片就是基于磁阻隨機存取存儲器 （MRAM），采用氧化鎂（MgO）的磁隧道結來存儲數據。

第五，日本東北大學研究人員通過最新計算機仿真模型研究得出：使用超高速激光脈沖，激發磁性材料中的電子，使之切換到瞬態無磁性狀態，可以減少操控材料磁性的時間，改善磁存儲和信息處理技術。目前，美國華盛頓大學領導的科研團隊正進一步推進磁性材料方面的研究，他們采用僅有幾個原子層厚度的磁體來編碼信息。這項突破性研究將通往更高密度的數據存儲，并提高能量效率，從而革新計算技術和消費電子設備。

在一篇在線發表于5月3日的《科學（Science）》雜志的論文中，研究人員報告了他們采用超薄材料進行層疊，基于電子的自旋方向（在那里，電子的“自旋”類似于微型亞原子磁體），史無前例地控制電子流動。他們采用了包括三碘化鉻（CrI3）在內的材料，CrI3 材料于2017年被描述為首個二維磁性絕緣體。四層薄片（每層僅有一個原子厚度）創造出了迄今為止最薄的系統，可基于電子自旋阻止電子流動，并且比其他方法產生的控制力強大10倍。

研究人員用兩層CrI3，如同三明治一般被兩層石墨烯導電薄片夾住，根據每層CrI3 之間電子自旋的對齊方式，在兩層石墨烯薄片之間，電子可以暢通無阻地流動或者大部分被阻止。這兩種配置可以作為比特位（日常計算中使用的二進制0和1）來編碼信息。

論文合作領導作者之一、華盛頓大學物理系的博士后研究員 Xinghan Cai 表示：“這種存儲器的功能單元是磁隧道結（MTJ）。它是一種具有磁性的‘門’，基于隧道結中的電子自旋對齊方式，允許或阻止電子流過。這種門是實現小型數據存儲器的關鍵。”

通過多達四層的CrI3，團隊發現“多比特”信息存儲的潛力。在兩層CrI3中，每層之間的電子自旋可能朝著相同方向或相反方向對齊，導致流過磁性門的電子比率不同。然而有了三層和四層，每層之間的電子自旋有了更多的組合，從而為流過磁性材料從一個石墨烯薄片到另一個石墨烯薄片的電子帶來多種不同的比率。

華盛頓大學物理系博士生、論文合著者 Bevin Huang 表示：“你的電腦可以有 A、B、 C甚至D及更多的選擇，而不是只有兩種方法存儲一段數據。所以，采用CrI3 隧道結不僅更加高效，而且從本質上講也可以存儲更多數據。”