電磁突破可以降低功耗，提高數字存儲器的速度。克里斯蒂安·比內克（Christian Binek）說，“達到這一點是一個非常痛苦的過程。”

由Binek，Peter Dowben和Alexei Gruverman領導的內布拉斯加州大學林肯分校尋求Binek所稱的“圣杯”：一種量子材料，其磁態可以僅通過電手段改變，并且在高于室溫的條件下。

在化學雜質和更少的頓悟的幫助下，該團隊精心設計了能夠做到這一點的納米材料和微觀結構。正如Binek所看到的那樣，這種材料含少量雜質的氧化鉻，可以預示著數字存儲器和處理器的出現，這些存儲器和處理器的耗電量遠低于現代同類產品，而運行速度甚至可能更快。

氧化鉻屬于一種專有的材料，具有一種稱為反鐵磁性的現象。

任何磁性材料中的原子都像微小的條形磁鐵一樣工作，每個磁鐵都有一個北極和一個南極。傳統上被認為是磁性的大多數材料實際上都是鐵磁性的，每個原子的磁極指向相同的方向以產生易于測量的磁場。

相反，反鐵磁體具有交替排列的原子列，這些原子的極點指向相反的方向（例如，上下-上下-上下），并且彼此有效地抵消，從而幾乎不產生磁場。

簡化的動畫演示了在鐵磁和反鐵磁材料中如何發生磁轉換。內布拉斯加州研究人員開發的反鐵磁材料的切換速度可能比動畫快10萬億倍，這使其速度比傳統鐵磁材料的切換速度快約10倍。

可以切換鐵磁體和反鐵磁體的內部磁狀態，以對二進制數據的1和0進行編碼。但是由于多種原因，反鐵磁體特別吸引電子工程師。它們缺乏外部磁場，消除了數字組件相互干擾的機會。許多設備（包括氧化鉻）自然地與數字設備內部產生的窒息熱量隔絕。

它們的內部磁性不僅可以通過外部磁場來切換，還可以通過電場來切換，后者需要的功率大大降低，并且避免了討厭的干擾問題。

盡管氧化鉻在承受熱量和切換磁性狀態方面是最有力的支持者，但實際上卻失去了超過華氏93度的反鐵磁性，也失去了被電場操縱的意愿。

假設您想考慮將存儲設備帶到CPU附近的任何地方。您無法承受設備在93度時喪失所有功能的負擔。

為了解決不那么小的問題，Binek和他的同事們首先采用了一種方法，該方法包括創建納米級的反鐵磁材料薄層-氧化鉻，并在其上面涂上鐵磁材料。他們的邏輯是正確的：使用電場來決定反鐵磁體的狀態，然后會改變其上方的鐵磁體的磁性，然后會產生可被讀取為1或0的磁特征。該方法提高了溫度閾值，這本身就是一項重大成就。即使如此，該團隊仍必須施加耗能的磁場。

保持鐵磁體與反鐵磁體耦合的力太弱了。因此我們被迫嘗試其他嘗試。最終使我們受益匪淺。

那是要完全擺脫上面的鐵磁體。研究小組發現，僅反鐵磁體就產生了足夠的表面水平磁信號（由其原子磁體重新定向90度而不是通常的180度產生），可以作為一點數據讀取。

它可以在最高華氏260度的高溫下工作。它僅通過施加電壓即可工作，而無需外部磁場的幫助。不僅如此：相同的力量弱點使團隊以前的方法受挫，這也使得切換反鐵磁體的內部磁性方向變得更加容易。與該團隊合作的理論物理學家估計，轉換可能發生的時間僅為100皮秒，比典型的鐵磁材料所需的納秒速度快約10倍。

反轉鐵磁體的磁化所需的時間是設備的限制因素。納秒聽起來很快速，但是對于現代設備而言，它太慢了。我們不再需要鐵磁體這一事實意味著現在也消除了這個問題。

Binek表示，預計的100皮秒速度如何轉換為實際設備尚不確定，但這是一個令人鼓舞的早期信號。不管它實際上是否比鐵磁體更快地存儲和處理數據，它在節能方面的主要優勢都使其成為通常不受電源束縛的設備的主力軍。

采用物聯網，指的是具有WiFi功能的設備。如果您希望對象具有內存，那么您就想以低能耗來做所有事情，并且有可能在不忘記系統所處狀態的情況下將其關閉。在我們的案例中，這也可以實現。

該小組最近在《自然通訊》雜志上報告了其發現。Binek，Dowben和Gruverman與內布拉斯加州的Ather Mahmood，Will Echtenkamp，Mike Street，Wang-Lei Wang，Shi Cao，Takashi Komesu，Pratyush Buragohain和Haidong Lu以及紐約大學的Arun Parthasarathy和大學的Shaloo Rakheja共同撰寫了該研究伊利諾伊州香檳分校的地址。

研究人員得到了陸軍研究辦公室的部分支持；國家科學基金會，該基金會資助內布拉斯加州的材料研究科學與工程中心；以及內布拉斯加州研究計劃。樣品是在內布拉斯加州材料與納米科學中心和內布拉斯加州納米規模的工廠制造的。
編輯：lyn