新型二维磁性材料实现超高能效内存，能耗降低至十分之一。

数字数据消耗的能源预计将在几十年内占据全球总能耗的极大份额。近日，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员公布了一项突破性技术，有望解决这一难题。

该团队开发出一种原子级厚度的薄层材料，可使两种相反的磁力共存，从而将内存设备的能耗降低至原来的十分之一。内存单元几乎是所有现代技术的核心组件，涵盖人工智能系统、智能手机、计算机、自动驾驶汽车、家用电器和医疗设备等领域。

磁性已成为数字内存技术的关键要素：通过控制电子在磁场和电流下的行为，可使芯片速度更快、体积更小、能效更高。然而，全球数据量的激增正将传统内存技术推向极限。据预测，几十年内数字内存的能耗将占全球总能耗的近30%。这一趋势促使科研界加紧寻找新型低能耗内存方案，同时开拓新的技术可能性。

查尔姆斯大学的研究团队首次通过层状二维材料实现了两种不同磁力的结合，将内存设备能耗削减了十倍。

磁性相遇与创新突破

论文第一作者、查尔姆斯大学量子器件物理研究员Bing Zhao博士表示：“在单一薄层材料中发现磁序共存是一项突破。其特性使其特别适合开发用于人工智能、移动设备、计算机及未来数据技术的超高效内存芯片。”

物理学上存在两种关键磁态：铁磁性和反铁磁性。铁磁性是日常磁体中常见的磁力，通过电子同向排列产生可见磁场；反铁磁性则通过自旋方向相反的电子相互抵消而实现。将这两种磁力结合可为内存和传感器带来显著优势，但此前需通过多层结构堆叠不同材料才能实现。

项目负责人、查尔姆斯大学量子器件物理专家Saroj P. Dash教授解释道：“与复杂的多层系统不同，我们成功将两种磁力集成到单个二维晶体结构中。这如同一个完美预组装的磁系统 —— 传统材料无法实现此特性。自磁性首次应用于内存技术以来，研究人员一直在追寻这一构想。”

倾斜磁序降低能耗

内存设备通过改变电子方向存储信息。传统材料需依赖外部磁场实现此操作，而查尔姆斯研发的材料内置相反磁力组合，可在磁排列中形成内部倾斜。

Bing Zhao博士解释说：“这种倾斜使电子无需外部磁场即可快速轻松地切换方向。通过消除对高功耗外部磁场的依赖，能耗可降低至十分之一。”

该二维晶体层通过范德华力（而非化学键）堆叠，稳定性更高。其磁性合金由钴、铁、锗和碲组成，可在单一结构中同时支持铁磁性和反铁磁性。

Dash教授指出：“具有多重磁特性的材料消除了多层堆叠中的界面问题，且更易于制造。此前堆叠多层磁性薄膜会在界面产生缺陷缝，影响可靠性并增加制造复杂度。”

该研究已发表于《先进材料》期刊。

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