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wangyikeco木蟲 (正式寫手)
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反鐵磁體中的磁性切換：兩種不同的機(jī)制已成功可視化
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反鐵磁體中的磁性切換：兩種不同的機(jī)制已成功可視化 東京大學(xué)篠瀨亮（Ryo Shimano）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)成功可視化了反鐵磁體中電子自旋（向上與向下）翻轉(zhuǎn)的兩種不同機(jī)制。反鐵磁材料中自旋排布彼此抵消。研究中被可視化的其中一種機(jī)制，為開發(fā)超快、非易失性的磁存儲(chǔ)與邏輯器件提供了工作原理，這類器件的速度可能遠(yuǎn)超當(dāng)今技術(shù)。 相關(guān)成果發(fā)表在 Nature Materials 上。 穿孔紙帶、小金屬桿、真空管與晶體管：這些都是曾用于編碼 0 與 1——經(jīng)典計(jì)算基礎(chǔ)的技術(shù)。然而，隨著全球計(jì)算需求不斷增長，我們迫切需要更強(qiáng)大的工具。反鐵磁體是一類材料，它們獨(dú)特的磁性（或缺乏磁性）可用于以全新的方式編碼 0 和 1。 “多年來，”篠瀨說，“科學(xué)家認(rèn)為像 Mn₃Sn 這樣的反鐵磁體可以非�？焖俚厍袚Q其磁化方向。然而，這種非易失性切換是否能夠在數(shù)皮秒到數(shù)十皮秒內(nèi)完成，以及磁化在切換過程中究竟如何變化，都一直不清楚。” 機(jī)制中的最大疑問是：切換究竟是由電流產(chǎn)生的熱驅(qū)動(dòng)的，還是由電流本身直接驅(qū)動(dòng)的？因此研究人員決定通過可視化方式解答這一問題。 他們制備了一層薄的 Mn₃Sn 薄膜，并向其中施加短電流脈沖。隨后，他們使用延時(shí)精確可控的超快光脈沖，與電流脈沖不同時(shí)間點(diǎn)“對(duì)照”，以嘗試創(chuàng)建磁化變化的“逐幀圖像”。 “本項(xiàng)目最具挑戰(zhàn)性的部分是測量極其微小的磁光信號(hào)變化。然而，當(dāng)我們最終建立了正確的方法后，能夠如此清晰地觀察到切換過程，這令我們非常驚訝�！焙S瀨說。 他們獲得的結(jié)果前所未有：磁結(jié)構(gòu)變化的逐幀可視化。圖像顯示，切換會(huì)根據(jù)電流強(qiáng)度以兩種不同方式發(fā)生：強(qiáng)電流下由熱過程驅(qū)動(dòng)，弱電流下在沒有顯著加熱的情況下由非熱過程驅(qū)動(dòng)。后一種機(jī)制可成為發(fā)展可靠的下一代自旋電子學(xué)器件（用于計(jì)算、通信與先進(jìn)電子設(shè)備）的基礎(chǔ)。 對(duì)篠瀨而言，這意味著一件事：知識(shí)的邊界正等待被進(jìn)一步拓展。 “我們目前在 Mn₃Sn 中實(shí)現(xiàn)的最快電開關(guān)瞬態(tài)觀測為 140 皮秒，這主要受限于裝置能產(chǎn)生的電流脈沖長度。然而，我們的研究表明，在適當(dāng)條件下，這種材料本身可能實(shí)現(xiàn)更快的切換。未來，我們計(jì)劃通過生成更短的電流脈沖并優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，來探索這種極限�！� More information: Ultrafast time-resolved observation of non-thermal current-induced switching in an antiferromagnetic Weyl semimetal, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02402-8 Journal information: Nature Materials |
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