信息存储在位于圆柱畴及其周围环境之间的畴壁中。畴壁的这种磁化可顺时针或逆时针指向各个块，这些块由钌层垂直隔开。通过系统地改变这些方向，研究人员可在圆柱域内编码不同的比特序列，图示为概念解释。  

　　图片来源：亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心 

　　圆柱域在物理学上是薄磁层中的一种微小圆柱形区域。它的自旋（即在材料中产生磁矩的电子固有角动量）指向一个特定方向，会产生与其余部分不同的磁化强度。这在自旋电子学领域有巨大应用价值。

　　而畴壁是相关应用中又一个关键概念，它是磁性材料中相邻磁畴之间的过渡区域。在当前试图实现的磁存储技术中，精确控制畴壁中的自旋结构至关重要，因为它的顺时针或逆时针方向可直接用于编码比特。目前的硬盘轨道宽度为30—40纳米，比特长度为15—20纳米，在邮票大小的表面上可容纳大约1TB数据。团队试图通过将存储扩展到三维，来克服这种数据密度限制。

　　磁性多层结构是控制畴壁内自旋结构的一种有潜力的方法。团队此次使用了钴和铂交替层块，由钌层隔开，并将它们沉积在硅晶片上。由此产生的超材料，是合成的反铁磁体。它的特点是垂直磁化结构，其中相邻的层块具有相反的磁化方向，从而使整体磁化呈现净中性。

　　新系统的巧妙之处在于，人们可专门控制层的厚度，从而控制它们的磁性。这使研究团队能调整合成反铁磁体的磁性行为，使整个比特序列都可存储在尺寸仅为100纳米左右的微小圆柱域，而不像以往仅仅单个比特。

　　该成果开辟了一个很有前景的应用方向：人们将以可控、快速和节能的方式，沿着这些磁性数据高速公路进行信息传输。

　　本文的新材料之所以别具潜力，是因为它属于一种磁性多层结构，可以通过组合不同的材料和层厚来调整磁能。这就让科学家能自如控制合成反铁磁体的磁性。其不仅仅为更高效数据存储提供了新概念，还将在磁电子学中发挥潜力，譬如开发出全新磁阻传感器或自旋电子的元件。而未来的神经网络，同样需要复杂的磁性纳米体，从而实现像人脑一样处理数据。

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