日本科学家新发现：这种奇特的磁力或许能为未来的AI提供动力

日本国立材料科学研究院和东京大学的团队，在《自然通讯》发了篇重磅研究。

他们实锤了超薄二氧化钌薄膜有交替磁性，这玩意儿被《科学》评为2024年物理学重大突破，说白了，可能要把未来存储芯片的游戏规则全改了。

咱们聊AI的时候，总盯着GPU多能打、神经网络多厉害，却很少想数据存哪儿这个基础问题。

训练大模型要处理海量数据，现在的存储技术早就碰到物理天花板了。

本来想简单说下磁体分类，后来发现得把基础讲明白才好理解。

咱们平时接触的磁体就两类，铁磁体和反铁磁体，可这俩都是“偏科生”。

铁磁体就像普通磁铁，内部磁自旋方向都一致。

用外部磁场读写数据很轻松，但架不住杂散磁场干扰，存储密度根本提不上去。

反铁磁体刚好反过来，磁自旋相互抵消，抗干扰能力超强，可想用电信号读取它的信息，难如登天。

传统磁体的这两个死结，让科研界头疼了好多年。

直到2019年，有科学家提出了第三类磁性的概念，也就是交替磁性。

它刚好填补了铁磁体和反铁磁体之间的空白，实现了“鱼和熊掌兼得”。

整体磁化强度相互抵消，抗干扰能力拉满，但动量空间里有自旋分裂，用电信号就能读写。

这种平衡感，放在磁学领域里，确实是颠覆性的。

我觉得这事儿最有意思的地方在于，明明理论上早就预测到二氧化钌可能有这特性，可全球那么多团队做实验，结果却乱七八糟，甚至有人质疑这特性根本不存在。

后来才发现，问题出在材料制备上，这就像想摆个完美的方阵，可每个人站的方向都不一样，自然成不了事。

二氧化钌能成为交替磁性的候选，核心是它的金红石晶体结构。

里面的RuO6八面体是交替取向的，理论上能产生1.4电子伏特的自旋分裂。

但想让它展现出交替磁性，必须长出晶体取向一致的高质量薄膜。

温振超、何聪这些学者组成的团队，还真把这事儿办成了。

他们选了蓝宝石衬底，又精细调节了生长条件，终于做出了单一晶体取向的二氧化钌薄膜。

光做出材料还不够，得有实打实的证据。

团队用同步辐射光源的X射线磁线性二色性技术，画出了薄膜里的自旋排列图，证实整体磁化强度确实相互抵消。

同时，他们还检测到了自旋分裂磁阻效应，这就为交替磁性提供了电学证据。

实验结果和理论计算完全吻合，证据链算是锁死了。

更关键的是，明尼苏达大学的团队还发现，超薄二氧化钌薄膜是所有氧化物材料里金属性最强的，性能仅次于石墨烯。

这就意味着它导电性超强，能实现更快的读写速度。

抗干扰能力强还跑得快，这俩优势凑一起，存储技术的天花板直接被捅破了。

现在全球都在盯着交替磁性这块肥肉。

咱们国家这边，国家自然科学基金支持的AI加速交替磁性材料发现项目，已经找到50种新的交替磁性材料，涵盖了金属、半导体和绝缘体，选择范围一下子就宽了。

欧美那边也没闲着，美因茨大学因为发现交替磁性被《科学》评为2024年物理学突破，麻省理工学院也在联合研制相关材料。

不过从实验室突破到商业应用，还有很长一段路要走。

现在团队计划先开发基于二氧化钌薄膜的存储技术原型器件，在真实场景里验证性能。

而且目前还有争议，最近的μ子自旋光谱和中子散射研究，对二氧化钌的磁基态提出了质疑，说明这个领域还有很多未解之谜。

但不可否认的是，交替磁性确实给存储技术指了条新路子。

现在AI模型规模越做越大，数据中心的能耗也成了全球关注的问题。

这种能同时提升速度、密度和能效的存储技术，说不定就是打破瓶颈的关键。

自旋电子学器件本来功耗就比传统半导体器件低很多，现在全电控制的交替磁自旋电子学器件也已经实现，不用外加磁场就能操控自旋状态。

对数据中心来说，这可是天大的好消息。

如此看来，二氧化钌薄膜里那些交替排列的微小磁矩，还真可能藏着AI时代基础设施的未来。

虽然现在还有不少难题要攻克，但科研不就是这样吗？一点点突破，一点点推进，终有一天能把实验室里的发现，变成改变生活的技术。