現代資料處理技術的一個重大挑戰是資料儲存的速度慢且耗能。據預測，資料儲存中心的能源消耗很快將佔全球能源消耗的近 10%。這種增長的部分原因是目前使用的材料（例如鐵磁體）的固有限制。因此，人們越來越追求更快、更節能的替代方案。
最令人鼓舞的途徑之一是反鐵磁體——這種材料不僅可以保證更強大、讀寫操作速度提高 1000 倍，而且比鐵磁材料更豐富。了解和控制這些量子材料是推進未來技術的關鍵。正如科學家在《自然通訊》雜誌上報導的那樣，一個國際研究小組現在報告了這項努力的重大進展。
團隊在反鐵磁體中發現
自旋和材料晶格之間的相互作用在 瑞典 電話號碼庫 自旋電子應用中至關重要，因為它們利用自旋（電子的磁矩）將資訊寫入磁位。在鐵磁性材料中，這些自旋相互作用強烈，產生稱為自旋波的波紋效應，它可以穿過材料。自旋波令人興奮，因為它們可以在不移動電子的情況下攜帶訊息，這與當今電腦晶片中的電流不同，這意味著產生的熱量更少。正如光可以被認為是稱為光子的量子化粒子一樣，自旋波也有自己的稱為磁振子的準粒子。另一方面，當材料晶格中的原子均勻振動時，這種運動由稱為聲子的準粒子來描述。
該團隊的研究重點是磁子和聲子共存的反鐵磁性材料二氟化鈷（CoF2 ） 。在這種材料中，相鄰自旋反向平行排列，自旋動力學比傳統鐵磁性材料快一千倍。這項進步可以帶來更快、更節能的資料位元寫入。科學家透過將這些自旋動力學與太赫茲頻率的光脈衝耦合來激發它們。
此外，大約一個世紀前首次在二氧化碳中描述了所謂的費米共振，當吸收熱能引起的兩種振動模式相互作用且其中一種振動模式的頻率是另一種振動模式的兩倍時，就會在原子和分子層面上發生。費米共振原理迄今已擴展到磁波或聲子系統。然而，在這項工作中，科學家首次實現了自旋和晶格之間的強耦合，這構成了反鐵磁有序材料的這些子系統之間的相互能量轉移。
磁振子和聲子同步
在這個計畫中，來自拉德堡德大學 如何進行硬碟崩潰復原：可能嗎 分子與材料研究所 (IMM)、亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫中心(HZDR)、科隆大學和Ioffe 研究所的實驗和理論凝聚態科學家揭示了一種新穎的能量轉移通道費米共振條件下反鐵磁體中磁子和聲子之間的關係。
這可能使未來能夠控制此類反鐵磁系統，以實現更快、更節能的資料儲存。利用HZDR ELBE 高功率輻射源中心的強烈且光譜明亮的基於加速器的超輻射太赫茲源，研究人員選擇性地激發反鐵磁自旋共振，並通過高達幾個特斯拉的高外部磁場調整其中心頻率。這種配置使他們能夠將自旋共振頻率調整到滿足費米共振條件的晶格振動頻率的一半。
研究人員發現了一種新的磁振子-聲子耦合動力學機制，讓這兩個子系統在費米共振下進行能量交換。透過調節磁振子的頻率，研究人員可以控制這個過程，特別是增強磁振子-聲子耦合。這種新的狀態被觀察到聲子譜的展寬和聲子譜權重的不對稱重新分佈。最終，他們的結果顯示了一種雜化的二磁振子一聲子態。他們的工作可能在磁振子學和聲子學領域中發揮重要作用，相干能量控制在這些領域中發揮核心作用。
未來資料儲存的創新功能
研究結果提供了一種按需操縱自 阿根廷數據 旋晶格耦合的途徑。首先，這使得工作頻率可以從鐵磁性材料提供的傳統 GHz 頻率大幅提高到反鐵磁性材料的太赫茲等級。其次，這可能會顯著提高磁寫入的效率，進而減少位元寫入操作所需的最小能量，從而顯著降低總能耗。
因此，研究結果提出了一種控制反鐵磁體動力學的創新方法，從而產生基於此類材料的概念性新資料儲存技術。在未來的研究中，研究小組的目標是探索費米共振的條件是否可以擴展到控制其他新型量子材料，這有可能推動材料科學和技術的進步。