隨著數位數據的快速增長，預計在未來幾十年內，數位數據將消耗全球最大的能源份額之一。瑞典查爾默斯科技大學的研究人員最近發表了一項突破性成果，旨在解決這一問題。該團隊開發出一種原子薄材料，能夠使兩種相反的磁力共存，從而將記憶裝置的能耗降低十倍。記憶單元在現代技術中扮演著至關重要的角色，涵蓋了人工智慧系統、智能手機、計算機、自動駕駛車輛、家用電器和醫療設備等幾乎所有領域。
磁性在數位記憶中逐漸成為一個重要的角色，通過在磁場和電流下控制電子行為，使芯片變得更快、更小且更節能。然而，全球數據的激增正在將傳統記憶技術推向極限。預計在未來幾十年內，數位記憶將占全球能源消耗的近30%。這促使研究人員不斷尋求新的能效記憶技術，同時開啟新的技術可能性。查爾默斯的研究人員首次展示了如何利用一種分層的二維材料結合兩種不同的磁力，從而在記憶裝置中將能耗降低十倍。
在物理學中，存在兩種主要的磁性狀態：鐵磁性和反鐵磁性。鐵磁性是日常磁鐵中熟悉的力量，它使電子均勻排列，產生可見的磁場。而反鐵磁性則涉及電子的自旋相反，使彼此抵消。將這兩種力量結合起來，對於記憶和傳感器具有顯著的優勢，但在此之前，這需要將不同材料堆疊成多層結構。查爾默斯的研究團隊成功地將這兩種磁力整合進一個單一的二維晶體結構中，這是一個無法通過傳統材料複製的完美預組裝磁性系統。
記憶裝置通過改變電子的方向來儲存信息。傳統材料需要外部磁場才能實現這一點，而查爾默斯的材料則具有內建的相反力組合，創造出內部的磁性傾斜。這種傾斜使電子能夠快速且輕鬆地改變方向，而無需任何外部磁場。通過消除對高能耗外部磁場的需求，能耗可以降低十倍。這種二維晶體層是利用范德華力堆疊，而非化學鍵結合，從而增強了穩定性。這種材料的磁性合金由鈷、鐵、鍺和碲組成，能在單一結構中支持鐵磁性和反鐵磁性。
擁有多種磁性行為的材料消除了多層堆疊中的介面問題，並且更容易製造。以往，堆疊多個磁性薄膜會在介面處引入問題接縫，這會影響可靠性並使裝置生產變得複雜。這一研究不僅為記憶技術的未來奠定了基礎，還有望對各種電子設備的能效大幅提升，促進更加可持續的科技發展。這些發展不僅能大幅降低數據中心和各類電子產品的能耗，還能為未來的科技創新提供新的動力，進一步推動社會對於節能減排的努力。
