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現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)正面臨一大挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度慢且耗能巨大。據(jù)預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心的能源消耗將很快接近全球能源總消耗的10%。這種增長(zhǎng)部分由于當(dāng)前使用的鐵磁材料的固有局限性。因此，尋找速度更快、能耗更低的替代材料成為科學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。 反鐵磁體被認(rèn)為是最具潛力的替代材料之一。它不僅更堅(jiān)固，讀寫(xiě)速度比傳統(tǒng)鐵磁性材料快1000倍，同時(shí)種類(lèi)也更為豐富。科學(xué)家們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱罚∟ature Communications）雜志上報(bào)告稱(chēng)，一個(gè)國(guó)際研究小組在理解和控制這些量子材料方面取得了重要突破。 在自旋電子應(yīng)用中，自旋與材料晶格之間的相互作用至關(guān)重要。它們通過(guò)自旋——即電子的磁矩——在磁比特中寫(xiě)入信息。在鐵磁材料中，自旋之間的相互作用強(qiáng)烈，產(chǎn)生了一種被稱(chēng)為自旋波的漣漪效應(yīng)，可以在材料中傳播。自旋波有趣的地方在于，它能夠不依賴(lài)電子流動(dòng)傳遞信息，從而減少了熱量的產(chǎn)生。就像光子是光的量子化粒子一樣，自旋波有自己的準(zhǔn)粒子，稱(chēng)為磁振子。而當(dāng)物質(zhì)晶格中的原子均勻振動(dòng)時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)被描述為聲子的準(zhǔn)粒子。 研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了反鐵磁材料二氟化鈷（CoF2），其中磁振子與聲子共存。在這種材料中，鄰近自旋呈反平行排列，使得自旋動(dòng)力學(xué)比傳統(tǒng)鐵磁材料快1000倍，這意味著數(shù)據(jù)寫(xiě)入速度更快、能耗更低。 另外，所謂的費(fèi)米共振（Fermi resonance）發(fā)生在原子和分子層次，由熱能吸收引發(fā)的兩種振動(dòng)模式相互作用，其中一種頻率是另一種的兩倍。費(fèi)米共振的概念最早于近一個(gè)世紀(jì)前在二氧化碳中被提出，后來(lái)被應(yīng)用到磁振子或聲子系統(tǒng)中。而在此次研究中，科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了自旋和晶格之間的強(qiáng)耦合，開(kāi)啟了反鐵磁有序材料子系統(tǒng)之間的能量傳遞通道。 研究人員在費(fèi)米共振條件下揭示了一種新的能量傳遞機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于未來(lái)通過(guò)控制反鐵磁系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更快、更高效的存儲(chǔ)技術(shù)。 該研究為反鐵磁體動(dòng)力學(xué)的控制提供了一種創(chuàng)新思路，有望促成基于這種材料的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。在后續(xù)研究中，研究小組的目標(biāo)是探索費(fèi)米共振條件是否可擴(kuò)展到其他新型量子材料，從而推動(dòng)材料科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 《賽特科技日?qǐng)?bào)》網(wǎng)站（https://scitechdaily.com） |
