日本國(guó)立材料科學(xué)研究院和東京大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，在《自然通訊》發(fā)了篇重磅研究。

他們實(shí)錘了超薄二氧化釕薄膜有交替磁性，這玩意兒被《科學(xué)》評(píng)為2024年物理學(xué)重大突破，說(shuō)白了，可能要把未來(lái)存儲(chǔ)芯片的游戲規(guī)則全改了。

咱們聊AI的時(shí)候，總盯著GPU多能打、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多厲害，卻很少想數(shù)據(jù)存哪兒這個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題。

訓(xùn)練大模型要處理海量數(shù)據(jù)，現(xiàn)在的存儲(chǔ)技術(shù)早就碰到物理天花板了。

本來(lái)想簡(jiǎn)單說(shuō)下磁體分類(lèi)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)得把基礎(chǔ)講明白才好理解。

咱們平時(shí)接觸的磁體就兩類(lèi)，鐵磁體和反鐵磁體，可這倆都是“偏科生”。

鐵磁體就像普通磁鐵，內(nèi)部磁自旋方向都一致。

用外部磁場(chǎng)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)很輕松，但架不住雜散磁場(chǎng)干擾，存儲(chǔ)密度根本提不上去。

反鐵磁體剛好反過(guò)來(lái)，磁自旋相互抵消，抗干擾能力超強(qiáng)，可想用電信號(hào)讀取它的信息，難如登天。

傳統(tǒng)磁體的這兩個(gè)死結(jié)，讓科研界頭疼了好多年。

直到2019年，有科學(xué)家提出了第三類(lèi)磁性的概念，也就是交替磁性。

它剛好填補(bǔ)了鐵磁體和反鐵磁體之間的空白，實(shí)現(xiàn)了“魚(yú)和熊掌兼得”。

整體磁化強(qiáng)度相互抵消，抗干擾能力拉滿(mǎn)，但動(dòng)量空間里有自旋分裂，用電信號(hào)就能讀寫(xiě)。

這種平衡感，放在磁學(xué)領(lǐng)域里，確實(shí)是顛覆性的。

我覺(jué)得這事兒最有意思的地方在于，明明理論上早就預(yù)測(cè)到二氧化釕可能有這特性，可全球那么多團(tuán)隊(duì)做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果卻亂七八糟，甚至有人質(zhì)疑這特性根本不存在。

后來(lái)才發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題出在材料制備上，這就像想擺個(gè)完美的方陣，可每個(gè)人站的方向都不一樣，自然成不了事。

二氧化釕能成為交替磁性的候選，核心是它的金紅石晶體結(jié)構(gòu)。

里面的RuO6八面體是交替取向的，理論上能產(chǎn)生1.4電子伏特的自旋分裂。

但想讓它展現(xiàn)出交替磁性，必須長(zhǎng)出晶體取向一致的高質(zhì)量薄膜。

溫振超、何聰這些學(xué)者組成的團(tuán)隊(duì)，還真把這事兒辦成了。

他們選了藍(lán)寶石襯底，又精細(xì)調(diào)節(jié)了生長(zhǎng)條件，終于做出了單一晶體取向的二氧化釕薄膜。

光做出材料還不夠，得有實(shí)打?qū)嵉淖C據(jù)。

團(tuán)隊(duì)用同步輻射光源的X射線(xiàn)磁線(xiàn)性二色性技術(shù)，畫(huà)出了薄膜里的自旋排列圖，證實(shí)整體磁化強(qiáng)度確實(shí)相互抵消。

同時(shí)，他們還檢測(cè)到了自旋分裂磁阻效應(yīng)，這就為交替磁性提供了電學(xué)證據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算完全吻合，證據(jù)鏈算是鎖死了。

更關(guān)鍵的是，明尼蘇達(dá)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，超薄二氧化釕薄膜是所有氧化物材料里金屬性最強(qiáng)的，性能僅次于石墨烯。

這就意味著它導(dǎo)電性超強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)更快的讀寫(xiě)速度。

抗干擾能力強(qiáng)還跑得快，這倆優(yōu)勢(shì)湊一起，存儲(chǔ)技術(shù)的天花板直接被捅破了。

現(xiàn)在全球都在盯著交替磁性這塊肥肉。

咱們國(guó)家這邊，國(guó)家自然科學(xué)基金支持的AI加速交替磁性材料發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目，已經(jīng)找到50種新的交替磁性材料，涵蓋了金屬、半導(dǎo)體和絕緣體，選擇范圍一下子就寬了。

歐美那邊也沒(méi)閑著，美因茨大學(xué)因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)交替磁性被《科學(xué)》評(píng)為2024年物理學(xué)突破，麻省理工學(xué)院也在聯(lián)合研制相關(guān)材料。

不過(guò)從實(shí)驗(yàn)室突破到商業(yè)應(yīng)用，還有很長(zhǎng)一段路要走。

現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)計(jì)劃先開(kāi)發(fā)基于二氧化釕薄膜的存儲(chǔ)技術(shù)原型器件，在真實(shí)場(chǎng)景里驗(yàn)證性能。

而且目前還有爭(zhēng)議，最近的μ子自旋光譜和中子散射研究，對(duì)二氧化釕的磁基態(tài)提出了質(zhì)疑，說(shuō)明這個(gè)領(lǐng)域還有很多未解之謎。

但不可否認(rèn)的是，交替磁性確實(shí)給存儲(chǔ)技術(shù)指了條新路子。

現(xiàn)在AI模型規(guī)模越做越大，數(shù)據(jù)中心的能耗也成了全球關(guān)注的問(wèn)題。

這種能同時(shí)提升速度、密度和能效的存儲(chǔ)技術(shù)，說(shuō)不定就是打破瓶頸的關(guān)鍵。

自旋電子學(xué)器件本來(lái)功耗就比傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件低很多，現(xiàn)在全電控制的交替磁自旋電子學(xué)器件也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不用外加磁場(chǎng)就能操控自旋狀態(tài)。

對(duì)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，這可是天大的好消息。

如此看來(lái)，二氧化釕薄膜里那些交替排列的微小磁矩，還真可能藏著AI時(shí)代基礎(chǔ)設(shè)施的未來(lái)。

雖然現(xiàn)在還有不少難題要攻克，但科研不就是這樣嗎？一點(diǎn)點(diǎn)突破，一點(diǎn)點(diǎn)推進(jìn)，終有一天能把實(shí)驗(yàn)室里的發(fā)現(xiàn)，變成改變生活的技術(shù)。