麻省理工學院的物理學家發現了一種新型磁性，該磁性可用於製造更密集且耗電量更低的記憶體晶片，這種新型磁性被稱為「p-wave 磁性」。
這種新型磁性由兩種形式組成：鐵磁性和反鐵磁性。鐵磁性存在於冰箱磁鐵和指南針針中，而反鐵磁性則存在於具有非常少量磁性特徵的材料中。
麻省理工學院的這一發現為非常規磁性領域的研究增添了新內容，這包括兩年前瑞士聯邦理工學院的突破，科學家們在實驗室製造的材料中發現了一種新的鐵磁性。
在普通磁體中，電子以相同的方向自旋，形成磁場。而在反鐵磁體中，自旋交替並相互抵消，顯示出沒有整體磁性。
新發現的 p-wave 磁性是一種實驗室製造的材料，稱為碘化鎳 (Nickel iodide, NiI2)。在這種形式中，電子自旋形成螺旋的鏡像圖案，結合了鐵磁體和反鐵磁體的特徵，但具有完全獨特的結構。
研究人員還發現，他們可以通過小電場翻轉材料中的螺旋自旋圖案。這種「自旋切換」使他們能夠將左手自旋轉換為右手自旋，反之亦然。
這一過程對於自旋電子學至關重要，這是一種利用電子自旋而非電荷來存儲數據的新技術理念。這可能導致能夠存儲更多數據且耗電量更低的設備。
麻省理工學院材料研究實驗室的研究科學家 Qian Song 表示：「我們展示了這種新型磁性可以通過電力進行操控。這一突破為新一類超快速、緊湊、節能且非易失性的磁性記憶裝置鋪平了道路。」
這一發現擴展了 Riccardo Comin 團隊在 2022 年的研究成果。他們發現鎳原子的自旋形成了可以向兩個不同方向旋轉的螺旋圖案。當時，團隊並未發現這一圖案可以用來控制電子自旋。
後來，物理學家 Rafael Fernandes 和其他理論家將這一螺旋圖案與 p-wave 磁性聯繫起來。他們認為，施加電子場可以切換螺旋的方向，從而改變移動電子的自旋方向。
這意味著該材料可以輕鬆控制電子自旋，這對於未來的自旋電子技術非常有用。
Comin 說：「這在當時是一個全新的想法，我們決定進行實驗，因為我們意識到碘化鎳是一個展示這種 p-wave 磁效應的良好候選材料。」
在他們的新研究中，研究人員製造了薄片的碘化鎳並發現了 p-wave 磁性。通過照射圓偏振光，他們確認電子自旋與鎳原子的螺旋自旋圖案對齊，這是 p-wave 磁體的一個關鍵特徵。
這一突破可能使得高效能的自旋電子設備得以實現，這些設備的能耗遠低於傳統電子設備。儘管目前該效應僅在超低溫下有效，但科學家們目前正致力於尋找可在室溫下運行的類似材料，以便於實際應用。
德國德累斯頓的馬克斯·普朗克研究小組負責人 Libor Šmejkal 表示：「我們對這些尖端實驗確認我們對 p-wave 自旋極化狀態的預測感到興奮。」
「可電控的 p-wave 自旋極化的展示也突顯了非常規磁性狀態的應用前景。」
這一發現標誌著朝向超高效、高密度記憶技術邁出了一大步。儘管仍處於早期階段，但 p-wave 磁性有潛力改變自旋電子學的未來——如果科學家們能夠在室溫下釋放其潛力。
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