反铁磁体或是存储器用更理想的材料

存储器是计算机硬件系统五大组成部分之一，它像人的大脑一样具有记忆功能并能在计算机的运行过程中自动完成指令、数据和程序的存储。随着电子信息特别是计算机技术的发展，磁性存储器正在不断革新，非挥发性、高存取速度、低制造成本、制程简单、存储密度高、耗电量低与可以无限擦写等将是未来存储器市场发展的主要趋势。

准磁性材料中的反铁磁体，因在计算机内存中能保存比传统磁体所允许的更多数据潜力，吸引了广大科研工作者的目光。大家普遍认为磁性存储器，或许可以从那些有望以更大密度实现更可靠存储的材料中获得推动。

当前，传统铁磁体被广泛应用于包括非挥发性磁性随机存储器（MRAM）在内的各种现代存储技术中。与其他内存技术相比，使用MRAM读取和写入数据的速度可与静态随机存储器SRAM媲美，在存储容量上可与动态随机存取存储器（DRAM）抗衡，但MRAM消耗的功率更少，且像闪存一样是非易失性的，这意味着它不需要稳定的电源来保留数据。

MRAM将信息存储为电子的自旋，这是与电子固有角动量有关的属性。铁磁体具有不成对的电子，它们沿两个方向中的某一方向旋转或指向，铁磁体中的大多数电子指向同一方向。MRAM基于电子自旋产生的巨磁阻（GMR）特别是穿隧磁阻效应（TMR）工作，以磁性结构中的自由层磁化方向不同产生的磁阻变化来存储“1”和“0”。

铁磁体的缺点是它们可能会受到外部磁场的影响，这可能导致位意外翻转。除非相邻铁磁体之间有足够的空间，否则相邻铁磁体的自旋会相互影响，这限制了MRAM以较低的成本扩展到更高密度的能力。

从理论上讲，反铁磁体（包括锰、铂和锡等常见金属的化合物）可以解决限制MRAM广泛应用的问题。与传统铁磁体特性不同，同一反铁磁体中的电子自旋并非全部指向同一方向，相邻原子上的电子指向彼此相反，从而有效地相互抵消。

反铁磁体中所有自旋的集体取向仍然可以记录位，但是磁体整体上没有磁场。因此，反铁磁体不会相互影响，也不会受到外部磁场的干扰。而且，由于反铁磁体的自旋动力学要快得多，因此比特可以以太赫兹频率在皮秒内切换，这比铁磁MRAM中千兆赫兹频率所需的纳秒要快得多。从理论上来说，反铁磁体可以将MRAM的写入速度提高三个数量级。

在过去的5年中，由于证明了可以使用电流控制反铁磁体中电子的自旋，并可使用与标准互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术兼容的组件来实现这一点，反铁磁体在内存中的应用潜力获得了肯定，这直接促成了对不同类型反铁磁体和开关技术的大量研究。

2020年初以来，反铁磁体的使用研究已经取得了一些进展：西北大学电气与计算机工程的研究人员展示了铂锰的细小柱子开关，并表示想制造一种与CMOS兼容的设备；德国达姆施塔特技术大学的研究小组描述了一种用于切换钻头的新型MRAM技术，即自旋轨道扭矩，该技术也可以用于切换存储在一个钻头中的钻头；东京大学的研究人员成功地转换了具有特定类型电子的反铁磁体（锰锡合金）中的位，该铁被称为韦尔费米子，这些费米子的自旋状态相对容易测量，并且使该设备比其他反铁磁设备简单得多。

业内人士认为，对反铁磁体的研究工作已经开始，在将反铁磁体用于商业设备之前，还必须解决许多技术难题，如电流产生的热量似乎会在某些反铁磁器件中引起电压模式，看上去与电子自旋开关可能引起的电压模式相似，而区分两者对数据的读取至关重要。因为从反铁磁体读取数据仍然比读取铁磁体中存储的数据慢得多、也更困难，这需要找到更有效的读取方式。