三维磁性相互作用可能导致新的计算形式

科学家说，一种新的磁性相互作用将先前的二维现象推向第三维，可以为数据存储和高级计算开辟一系列激动人心的新机遇。

在今天发表在“ 自然材料 ”杂志上的一篇新论文中，由格拉斯哥大学的物理学家领导的一个小组描述了如何找到一种新方法，成功地将一系列排列在超薄薄膜上的微小磁铁的信息传递到磁铁上下面的第二部电影。

他们的突破为“自旋电子学”增加了文字和隐喻的额外维度，“自旋电子学”是专门用于数据存储，检索和处理的科学领域，已经对科技行业产生了重大影响。

任何玩过一对磁铁的人都知道对立面吸引了 - 一块磁铁的南极吸引了另一块磁铁的北极。虽然大多数人都熟悉这种情况，但随着磁铁的缩小，磁铁相互作用的方式会发生一些重大变化。

在纳米尺度 - 磁性材料可以只有几十亿分之一米 - 磁体以奇怪的新方式相互作用，包括以90度角而不是直接相互吸引和排斥的可能性。

科学家已经学会了如何利用这些不寻常的特性来编码和处理覆盖在单层纳米级磁体中的薄膜信息。

这些“自旋电子”系统的优势 - 低功耗，高存储容量和更强大的稳健性 - 为磁性硬盘驱动器等技术做出了宝贵的补充，并使自旋电子学的发现者在2007年获得诺贝尔奖。

然而，目前在计算机中使用的磁系统的功能仍局限于一个平面，限制了它们的容量。现在，格拉斯哥大学领导的团队 - 以及剑桥大学和汉堡大学，埃因霍温技术大学和阿尔托大学理学院的合作伙伴 - 开发了一种新方法，将信息从一层传递到另一层，增加了新的存储和计算的潜力。

Amalio Fernandez-Pacheco博士是该大学物理与天文学院EPSRC早期职业研究员，也是该论文的第一作者。他说：“邻近层之间这种新型相互作用的发现为我们提供了一种丰富而令人兴奋的方法来探索和利用多层纳米级磁体中前所未有的三维磁性状态。

“这有点像在音阶中给予一个额外的音符来玩 - 它开辟了一个全新的可能性世界，不仅仅是传统的信息处理和存储，而是潜在的新形式的计算，我们甚至没想过但是。“

团队创建的信息的层间传输依赖于物理学家所知的手征自旋相互作用，这是一种有利于相邻纳米级磁体中特定旋转感的磁力。由于自旋电子学的最新进展，现在可以稳定磁层内的这些相互作用。例如，这已经被用于制造skyrmions，一种具有用于计算应用的优异特性的纳米级磁性物体。

该团队的研究现在首次将这些类型的交互扩展到相邻层。他们制造了一个由非磁性金属隔板隔开的超薄磁性薄膜形成的多层系统。系统的结构以及每层及其界面的特性的精确调整产生了不寻常的倾斜磁性配置，其中两层的磁场形成0到90度之间的角度。

与标准的多层磁体不同，这些磁场比逆时针形成更容易形成顺时针配置，这是在两个磁层之间存在层间手征自旋相互作用的指纹。在室温和标准环境条件下观察到这种旋转对称性的破坏。因此，这种新型的层间磁性相互作用打开了激动人心的视角，以实现自旋电子技术中拓扑复杂的磁性3-D配置。