北京“非共识”项目支持，超快存储材料迎新突破

全球AI算力热潮持续推高存储需求，行业迎来新一轮发展周期。不过，存储能力跟不上数据增长速度的技术问题，仍待突破。

“磁存储技术以磁体自旋作为信息载体，具备读写速度快、抗辐照能力强和稳定性好等独特优势，有望成为支撑新一代信息技术发展的主流方案之一。”清华大学先进材料教育部重点实验室主任宋成在“北京基础研究和技术攻关的有关成效和举措”交流会上表示，其团队实验发现的交错磁体，目前被广泛认为是新一代磁存储最理想的材料体系。

作为北京市支持的首批具有颠覆性创新的首批非共识性科研项目之一，交错磁体项目已取得核心技术突破，为开发兼具超高密度、超快读写和低功耗特性的新一代磁存储器奠定关键科学基础，目前正在加紧推进应用研究。

“交错磁体理论上存储速度可达ps（皮秒）级，”宋成对第一财经表示，相比铁磁随机存储、内存、闪存等，交错磁体存储速度提升两到三个数量级，一旦研发成功并投入应用，将给存储领域带来颠覆性的技术进步。

他告诉记者，目前各级政策支持层次越来越清晰，不同研发阶段、不同研究类型的项目，都能找到对应的支持渠道，科研人员也能根据自身研究特长和项目阶段，匹配到合适的扶持资源。

挑战传统路线

相比海外领先科技企业，国内存储产业起步较晚。不过，得益于产业政策及资本市场支持，以长江存储、长鑫存储、兆易创新（603986.SH））、佰维存储（688525.SH）等为代表的存储企业得到快速发展。

从二级市场来看，兆易创新从2024年2月开启一路上行，股价从55元/股涨至300元/股，两年涨了近4.5倍。同期，佰维存储从30元左右涨到238元，涨幅超过6.5倍。长江存储和长鑫存储尚未上市，但相关概念指数已经先行上涨。长江存储IPO概念（J10665）和长鑫存储IPO概念（J10666）截至目前涨幅均超过20%。

“目前国内成熟存储领域企业主要聚焦内存和闪存相关领域，我们研发的这款新型非易失性存储技术路线，力争未来能分阶段推进落地，比较理想的状态是，第一步先应用于嵌入式存储，将来再逐步展示出取代内存和缓存的可能性。

长期以来，磁存储技术一直面临一个两难困境：传统的铁磁材料，用电读写很方便，但自带杂散磁场，材料之间会互相干扰，存储密度做不高，速度也存在理论上限；而反铁磁材料虽然没有杂散场、响应速度可以达到太赫兹级别，但很难用电实现高效读写和控制。

交错磁体可以同时融合铁磁和反铁磁的优势：没有杂散场、响应速度超快，还能方便地实现电学读写，更契合“超快、高密度、低功耗” 的存储需求。因此交错磁体也被认为是新一代磁存储非常理想的材料体系，成为当前国际材料物理和磁学领域的前沿研究热点。

据宋成介绍，交错磁体材料在2022年才被实验发现，目前相关研究仍处于初步阶段。国内有数十个团队在开展相关工作，国际上更是有数以百计的团队投入研发，因其颠覆性的应用前景，研发热度极高。不过，当下研究还停留在从材料到器件的层面。

“这一新型材料，与铁磁、反铁磁材料是‘兄弟’关系，比过去的磁存储器又往前走了一步，属同类且实现技术升级。”宋成表示，未来将重点推进两方面工作。一是加快交错磁体、手性反铁磁两类核心材料的器件化研究，重点攻关交错磁体隧道结和太赫兹纳米振荡器等关键原型器件；二是推动基础研究成果向实际应用转化，力争早日在新一代存储芯片、高灵敏传感器和高频通信器件等方向实现关键技术突破。

那么，新的技术路线是否会对目前企业普遍采用的成熟路线造成彻底颠覆？

对此，宋成告诉记者，在存储领域，新的技术出现后并不会让原有技术直接作废，多数情况下会呈现多条技术路线并行的状态。比如铁磁性磁随机存储器出现后，并未全面取代内存和缓存，只是在嵌入式存储等部分场景得到应用。

“以固态硬盘和机械硬盘为例，固态硬盘虽已在个人笔记本电脑中普及，逐步替代了机械硬盘，但在数据中心等场景，因机械硬盘存储容量可达 10T级别，远高于固态硬盘的1T级别，能满足海量数据存储需求，”他说，正因如此，机械硬盘仍是数据中心的主流存储选择。

“只要技术硬，经费还是有着落”

在材料领域，从发现到实用化过去通常需要30年左右时间，如今依托人工智能等技术发展，研发过程得以加速，但整体所需时间依然要以十年计。在这一过程，能否持续获得资金支持，是研发项目能否持续推进的关键因素。

“只要有过硬的技术突破，经费还是可以争取到的。”宋成告诉记者，近年来从中央到地方，对基础研发和技术应用转化的支持环境有了明显改善，政策支持的层次变得更加清晰。

针对非共识、探索性等具有尝试性且允许失败的研究，国家基金委有原创性项目支持政策，北京市有非共识项目支持机制；针对研究路线相对清晰的项目，科技部和工信部等会布局重点研发支持计划项目；针对偏向产线建设的项目，多个部委都有专门支持政策。

“不同研发阶段，不同研究类型的项目，都能找到对应的支持渠道，科研人员也能根据自身研究特长和项目阶段，匹配到合适的扶持资源。这也是我们认为只要技术有突破，经费还是有着落的重要原因。”宋成对记者说。

据宋成介绍，在国家基金委项目和北京市非共识项目的支持下，团队首次明确并验证了晶体对称性是交错磁体最核心的“指纹”特征，也是调控这类材料物态的根本维度。基于这一发现，团队研发出能够在室温下稳定工作的交错磁体材料——锑化铬（CrSb），并通过调控晶格结构变化引发磁空间群切换，在国际上首次实现了交错磁体的全电学读写。这项工作揭示了交错磁序的物理本质，为交错磁体成为一个独立的新型磁性门类，提供了关键性的实验证据。

“交错磁体的研究并非一蹴而就，科学认知本身就是一个逐步成熟的过程。”宋成告诉记者，2007年国际上已经有相关研究的萌芽，2019年开始出现较为集中的理论研究，其团队在其他团队的理论研究中得到启发并开展实验，于2022年报道了相关实验成果。不过，目前仍有技术难点尚未突破。这一领域的国内外众多团队还在寻找“全能型”交错磁体材料，并构筑性能优越的器件。

记者获悉，北京市去年在全国率先探索建立专家实名推荐的非共识项目筛选机制，首批72个项目获支持，其中78%具有明显颠覆性潜力，22%聚焦国际空白领域。目前一些聚焦关键技术瓶颈的非共识项目，已经在新的研究路径上取得了标志性成果。

“从科研领域的常规情况来看，我算是比较幸运的，能够做出这样的新材料发现，且这项研究有不错的应用前景，还吸引了不少团队跟进研究，并非自己孤军奋战，这对科研工作者而言已是莫大的幸事。而科研工作者最大的幸运，莫过于能让自己的研究发现真正落地，走进千家万户，或是服务于国家的重大需求。”宋成对记者说，这一目标或许需要花费一辈子的时间去实现，而一辈子能做成一两件这样的事，已经是十分难得。