接近太赫兹状态：室温量子磁体每秒开关状态数万亿次
反铁磁隧道结。反铁磁结的高分辨率透射电子显微镜图像显示了不同材料的层（左）。显示材料磁性的图表（右）。图片来源：Nakatsuji et al. CC-BY
一类非易失性存储设备，称为MRAM，基于量子磁性材料，可以提供比当前最先进的存储设备高一千倍的性能。被称为反铁磁体的材料以前被证明可以存储稳定的记忆状态，但很难读取。这项新研究现已发表在《自然》杂志上，为读取记忆状态提供了一种有效的方法，并且有可能以令人难以置信的速度做到这一点。
您可能每秒可以眨眼四次。你可以说这个闪烁频率是4赫兹（每秒周期数）。想象一下，试图每秒眨眼10亿次，或者以1千兆赫的速度眨眼，这对人类来说是不可能的。但这是当代高端数字设备（如磁存储器）在执行操作时切换状态的当前数量级。许多人希望将边界进一步推进一千倍，进入每秒一万亿次或太赫兹的制度。
实现更快的存储设备的障碍可能是所使用的材料。目前的高速MRAM芯片尚未常见到出现在家用计算机中，它们使用典型的磁性或铁磁性材料。这些是使用称为隧穿磁阻的技术读取的。这就要求铁磁材料的磁性成分以平行排列排列。但是，这种布置会产生强磁场，从而限制读取或写入内存的速度。
“我们已经取得了超越这一限制的实验突破，这要归功于一种不同的材料，反铁磁体，”东京大学物理系的Satoru Nakatsuji教授说。
“反铁磁体在许多方面与典型的磁铁不同，但特别是，我们可以以平行线以外的方式排列它们。这意味着我们可以抵消平行排列产生的磁场。人们认为铁磁体的磁化对于隧穿磁阻从记忆中读取是必要的。然而，引人注目的是，我们发现一类特殊的反铁磁体也可以没有磁化，希望它可以以非常高的速度运行。
Nakatsuji和他的团队认为，太赫兹范围内的开关速度是可以实现的，这在室温下也是可能的，而以前的尝试需要更冷的温度，并没有产生如此有希望的结果。不过，为了改进其想法，该团队需要改进其设备，而改进制造设备的方式是关键。
“虽然我们材料的原子成分相当熟悉 - 锰，镁，锡，氧等 - 但我们将它们组合形成可用记忆组件的方式是新颖和陌生的，”研究员陈先哲说。
“我们在真空中生长晶体，使用两种称为分子束外延和磁控溅射的工艺在令人难以置信的细层中生长晶体。真空度越高，我们可以生长的样品就越纯净。这是一个极具挑战性的程序，如果我们改进它，我们将使我们的生活更轻松，并生产更有效的设备。
这些反铁磁存储设备利用了一种称为纠缠或远距离相互作用的量子现象。但尽管如此，这项研究与日益著名的量子计算领域并没有直接关系。然而，研究人员认为，这样的发展对于在当前的电子计算范式和新兴的量子计算机领域之间架起一座桥梁可能是有用的，甚至是必要的。
原标题：《接近太赫兹状态：室温量子磁体每秒开关状态数万亿次》