我国研发的新型反铁磁存储器，比存储芯片的能力提升100倍

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存储芯片，是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用。ASIC实现了专用集成电路大批量、标准化的应用。而FPGA在ASIC基础上实现了现场可编程门阵列，此举措不仅提高性能，而且降低了成本，缩了短研发工期。当然，计算机的固有特性可让它做加速器，或缓解各种优化技术的大量运算对CPU造成的过量负载所导致的系统整体性能的下降。因此决定系统速度的不止系统芯片，还有存储芯片。

随着对存储芯片的挖掘不断深入，存储芯片的能力也被挖掘殆尽。因此迫切需要一种新的材料来提升性能。这不，由北京航空航天大学材料学院磁性功能材料研究团队、华中科技大学物理学院、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所加工平台合作完成了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，使超快速响应超高密度反铁磁随机存取存储器的研制成为可能，有望大幅提升手机、计算机等信息产品运行速度。

原子级平整反铁磁金属单晶薄膜是一种多层堆叠、密排列的全反铁磁随机存取存储器示意图

原子级平整反铁磁金属单晶薄膜是一种多层堆叠、密排列的全反铁磁随机存取存储器。这种新型反铁磁存储器件实现了垂直电子输运，对比原有面内电子输运的反铁磁存储器件，它的常温高低阻态差值提升了近3个数量级，从而有望使信息存储速度和密度大幅提升。

从上面的描述中可以看出，原子级平整反铁磁金属单晶薄膜是一种“原子级”的存储器，而且是“堆叠、密排列”，这个存储量已超越了硅基存储器的ASIC，更关键的一点是，它能实现电子的垂直运输，而且可以做到随机存储。这个就更厉害了，这是天然的FPGA，这意味着存储编程方面更加简单。至于在“常温高低阻态差值提升了近3个数量级 ”，这个意思就是存储能力比硅基芯片的能力提升100倍。这种磁性功能材料是大规模数据存储机械硬盘的核心材料，相较于传统硅基存储器，磁存储器件依赖的是非易失量子自旋属性，储存能力更加稳定。

无独有偶的是，美国能源部阿贡国家实验室的科学家们也正在努力用微小的磁涡（被称为skyrmions）取代条形磁铁。美国科学家形容这些材材时称：小至十亿分之一米的旋涡在某些磁性材料中形成，并有可能带来新一代的微电子技术，用于高性能计算机的内存存储。并称估计skyrmion的能源效率可能比目前用于研究的高性能计算机的存储器好100到1000倍。但是skyrmion的研究阶段目前是在“零下270度时，该层达到了几乎完全无序的状态，但当温度回到零下60度时，秩序又回来了”。这显示skyrmions目前还未找到常温下的方法。

美国能源部阿贡国家实验室的skyrmions的反磁材料在各种温度下效果

从上面中美的新型存储材料的对比中，这两者用的都是反铁磁存储器件，只是在翻译skyrmions时候有所不同。都是通过界面应力诱导非共线反铁磁单晶薄膜的晶格四方度变化，从而产生单轴磁各向异性，以及显著的反常霍尔效应。基于该反常霍尔效应，实验发现了全反铁磁异质界面（共线反铁磁/非共线反铁磁）的交换偏置效应。从而大幅提升了数据读取可靠性。但是两者的技术方向可能出现了不同。比如对反铁磁材料的选择方面。

据了解，此前已有的反铁磁存储器件的电信号输出，主要依赖面内电子输运的各向异性磁电阻效应。这种反铁磁存储器在高低阻态之间的电阻差值很小，常温下数据写入后难以有效读出，导致出现乱码等无效储存情况。而目前我们原子级平整反铁磁金属单晶薄膜可以实现常温下存储，这一点很重要，这意味着它更节能。而skyrmions正在纠结于能源效率在十年内消耗近25%。