来自亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫中心 (HZDR)、开姆尼茨工业大学、德累斯顿工业大学和于利希研究中心的研究人员首次证明，不仅可以将单个比特，而且可以将整个比特序列存储在圆柱形域中：微小的圆柱形区域，其尺寸仅为 100 纳米左右。

正如研究小组在《先进电子材料》杂志上报告的那样，这些发现可能为新型数据存储和传感器铺平道路，甚至包括神经网络的磁性变体。

“圆柱形畴，我们物理学家也称之为气泡畴，是薄磁层中的一个微小的圆柱形区域。它的自旋，即电子的固有角动量，在材料中产生磁矩，指向特定的方向。

“这会产生与周围环境不同的磁化。想象一下，一个圆柱形的小磁泡漂浮在相反磁化的海洋中，”HZDR 离子束物理与材料研究所的 Olav Hellwig 教授说道。他和他的团队相信，这种磁结构在自旋电子学应用方面具有巨大的潜力。

磁畴壁形成于圆柱形磁畴的边缘，磁化方向在这些边缘区域发生变化。在 Hellwig 团队试图实现的磁存储技术中，精确控制磁畴壁中的自旋结构至关重要，因为磁畴壁的顺时针或逆时针方向可直接用于编码比特。

研究人员还关注另一个方面：“我们目前的硬盘，其磁道宽度为 30 至 40 纳米，位长度为 15 至 20 纳米，在邮票大小的表面上可容纳约 1TB 的数据。我们正在努力通过将存储扩展到三维来克服这种数据密度限制，”Hellwig 解释说。

解决方案：3D超材料

磁性多层结构是控制畴壁内部自旋结构的一种有吸引力的方法，因为所涉及的磁能可以通过组合不同的材料和层厚度来调整。

Hellwig 团队采用了交替叠层的钴和铂块，中间隔着一层钌层，然后将它们沉积在硅片上。由此产生的超材料是一种合成反铁磁体。其特殊之处在于垂直磁化结构，其中相邻层块的磁化方向相反，从而导致整体上净中性磁化。

“这就是‘赛道’记忆概念的由来。该系统就像一个赛道，沿着赛道排列的数据块就像一串珍珠。我们系统的巧妙之处在于，我们可以精确地控制层的厚度，从而控制它们的磁性。

Hellwig 解释道：“这使我们能够调整合成反铁磁体的磁性行为，从而不仅能够存储单个位，还能以畴壁深度相关的磁化方向的形式存储整个位序列。”

这为以可控、快速且节能的方式沿磁性数据高速公路传输此类多位圆柱体域开辟了前景。

磁电子学还具有其他应用潜力。例如，它们可用于磁阻传感器或自旋电子元件。此外，这种复杂的磁性纳米物体在神经网络中具有巨大的磁性实现潜力，可以像人脑一样处理数据。

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