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現代數據處理技術正面臨一大挑戰：數據存儲速度慢且耗能巨大。據預測，數據存儲中心的能源消耗將很快接近全球能源總消耗的10%。這種增長部分由于當前使用的鐵磁材料的固有局限性。因此，尋找速度更快、能耗更低的替代材料成為科學界關注的重點。 反鐵磁體被認為是最具潛力的替代材料之一。它不僅更堅固，讀寫速度比傳統鐵磁性材料快1000倍，同時種類也更為豐富。科學家們在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上報告稱，一個國際研究小組在理解和控制這些量子材料方面取得了重要突破。 在自旋電子應用中，自旋與材料晶格之間的相互作用至關重要。它們通過自旋——即電子的磁矩——在磁比特中寫入信息。在鐵磁材料中，自旋之間的相互作用強烈，產生了一種被稱為自旋波的漣漪效應，可以在材料中傳播。自旋波有趣的地方在于，它能夠不依賴電子流動傳遞信息，從而減少了熱量的產生。就像光子是光的量子化粒子一樣，自旋波有自己的準粒子，稱為磁振子。而當物質晶格中的原子均勻振動時，這種運動被描述為聲子的準粒子。 研究團隊重點研究了反鐵磁材料二氟化鈷（CoF2），其中磁振子與聲子共存。在這種材料中，鄰近自旋呈反平行排列，使得自旋動力學比傳統鐵磁材料快1000倍，這意味著數據寫入速度更快、能耗更低。 另外，所謂的費米共振（Fermi resonance）發生在原子和分子層次，由熱能吸收引發的兩種振動模式相互作用，其中一種頻率是另一種的兩倍。費米共振的概念最早于近一個世紀前在二氧化碳中被提出，后來被應用到磁振子或聲子系統中。而在此次研究中，科學家首次實現了自旋和晶格之間的強耦合，開啟了反鐵磁有序材料子系統之間的能量傳遞通道。 研究人員在費米共振條件下揭示了一種新的能量傳遞機制，這一發現可能有助于未來通過控制反鐵磁系統來實現更快、更高效的存儲技術。 該研究為反鐵磁體動力學的控制提供了一種創新思路，有望促成基于這種材料的新型數據存儲技術。在后續研究中，研究小組的目標是探索費米共振條件是否可擴展到其他新型量子材料，從而推動材料科學和技術的進一步發展。 《賽特科技日報》網站（https://scitechdaily.com） |
