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由铁、锗和碲组成的二维材料片中的斯格明子产生的磁场。图片来源：美国阿贡国家实验室
科技日报记者 张梦然
磁铁可在计算机中存储数据，利用磁场的方向，每个微型条形磁铁都可将一位内存存储为零或一。美国能源部阿贡国家实验室研究人员希望用微小的磁涡流取代条形磁铁。这些被称为斯格明子的涡流小到十亿分之一米，形成于某些磁性材料中。未来，它们可能会在新一代微电子技术中用于高性能计算机的内存。这项研究近日发表在《纳米快报》上。
计算机内存中的条形磁铁就像打了一个结的鞋带，解开它们几乎不需要任何能量，并且任何由于某些中断而发生故障的条形磁铁都会影响其他条形磁铁。相比之下，斯格明子就像系着双结的鞋带，无论你多么用力地拉一根绳子，鞋带仍然系着。因此，斯格明子对任何干扰都非常稳定。另一个重要特征是，研究人员可通过改变温度或施加电流来控制它们的行为。
研究人员对不同条件下的斯格明子行为有很多了解。为了研究它们，阿贡国家实验室团队开发了一个人工智能程序，该程序与高功率电子显微镜一起工作。显微镜可在非常低的温度下观察样品中的斯格明子。
该团队的磁性材料是铁、锗和碲的混合物。在结构上，这种材料就像一叠纸。一堆这样的薄片包含许多斯格明子，可从顶部剥离一张薄片并进行分析。
研究发现，在220开氏度及以上温度下，斯格明子以高度有序的模式排列。但是当研究人员冷却样品时，斯格明子排列会发生变化。就像啤酒泡沫中的气泡一样，一些斯格明子变大，一些变小，一些合并，一些消失。
在105开氏度时，达到几乎完全无序的状态，但当温度回到220开氏度时，秩序又回来了。这种随温度变化的有序—无序转变可在未来的微电子学中用于内存。
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能源效率对于下一代微电子技术至关重要。今天的微电子产品已消耗世界电力的大约10%。到2030年，这个数字可能会翻一番，因此必须找到更节能的电子产品。科学家们估计，本文中斯格明子的能量效率，或比当前研究中使用的高性能计算机中内存高100到1000倍，其将是下一代计算机内存开发极有潜力的方向。
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