磁畴壁位于圆柱体畴与周围环境之间，磁畴壁的磁化方向依赖于磁畴壁的深度。畴壁的磁化可以顺时针或逆时针指向单个块，这些块被钌层垂直分开。通过系统地改变这些方向，研究人员可以在圆柱体域中编码不同的位序列，如图所示，并进行一些艺术解释。来源:HZDR/Bernd Schr?der
研究人员使用3D技术将比特序列存储在圆柱形磁畴中tamaterials。这一创新可能会改变数据存储和磁电子学。
研究人员首次证明，不仅仅是单个比特，而是整个比特序列可以存储在圆柱形域中:直径约为100纳米的微小圆柱形区域。正如研究小组在《高级电子材料》杂志上报告的那样，这些发现可能为新型数据存储和传感器铺平道路，甚至包括神经网络的磁性变体。
突破性的磁存储
“圆柱形域，我们物理学家也称之为气泡域，是薄磁层中的一个微小的圆柱形区域。它的自旋，即电子产生材料磁矩的固有角动量，指向一个特定的方向。这就产生了一种不同于其他环境的磁化强度。想象一下，一个小的圆柱形磁泡漂浮在相反磁化的海洋中，”来自赫姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫离子束物理与材料研究所的Olav Hellwig教授描述了他的研究课题。他和他的团队相信，这种磁性结构在自旋电子应用方面具有巨大的潜力。
域墙和数据密度
畴壁形成在这个圆柱形畴的边缘，磁化方向改变的边缘区域。在Hellwig的团队正在努力实现的磁存储技术中，精确控制畴壁中的自旋结构将是至关重要的，因为其顺时针或逆时针方向可以直接用于比特编码。
研究人员还关注另一个方面:“我们目前的硬盘，其磁道宽度为30到40纳米，位长度为15到20纳米，在邮票大小的表面上容纳大约1tb的数据。我们正在努力通过将存储扩展到第三维度来克服这种数据密度限制，”Hellwig解释说。
解决方案:我3D材料
磁性多层结构是控制畴壁内部自旋结构的一种有吸引力的方法，因为所涉及的磁能可以通过组合不同的材料和层厚度来调节。Hellwig的团队使用钴和铂交替层的块，由钌层隔开，并将它们沉积在硅晶片上。
由此产生的超材料是一种人工合成的反铁磁体。它的特点是垂直磁化结构，相邻的层块具有相反的磁化方向，导致整体净磁化强度为中性。
赛马场存储器和多层结构
“这就是‘赛马场’记忆概念的由来。这个系统就像一个赛马场，沿着赛马场排列的比特就像一串珍珠。我们的系统的巧妙之处在于我们可以特别地控制层的厚度，从而控制它们的磁性。这使我们能够调整合成反铁磁体的磁性行为，不仅可以存储单个比特，还可以存储整个比特序列，以与畴壁深度相关的磁化方向的形式，”Hellwig解释说。
这为沿着这些磁性数据高速公路以可控、快速和节能的方式传输此类多比特圆柱体域开辟了前景。
磁电子学的未来应用
在磁电子学中也有其他应用的潜力。例如，它们可用于磁阻传感器或自旋电子元件。此外，这种复杂的磁性纳米物体在神经网络中具有巨大的磁性实现潜力，可以像人脑一样处理数据。
参考文献:“由反铁磁畴壁分离的铁磁畴的多层超材料”，作者:Ruslan Salikhov, Fabian Samad, Sebastian Schneider, Darius Pohl, Bernd Rellinghaus, Benny B?hm, Rico Ehrler, j
rgen Lindner, Nikolai S. Kiselev和Olav Hellwig, 2024年5月13日，《先进电子材料》。DOI: 10.1002 / aelm.202400251
