奇怪的磁性“斯格明子”准粒子可以用作高级计算存储器中的一个位

科学家希望用所谓的“纳米气泡”（或斯格明子）取代电子，以便在取代 RAM 和闪存的先进组件中更密集、更高效地存储数据。

一种奇怪的磁性准粒子，看起来像一个微小的旋转气泡，有一天，在科学家将其加速到足以传输数据后，它可能被用作未来存储设备中的计算位。

“斯格明子”——科学家们非正式地称为“纳米气泡”——由几十个原子组成，宽度只有几纳米。相比之下，一根人的头发厚度可达 100,000 纳米。当斯格明子在介质中移动时，它会通过磁场线产生自身。准粒子由称为自旋的基本纳米磁体组成，它们在磁力线上缠绕在一起，形成类似于紧密结的旋转螺旋结构。

长期以来，科学家们一直认为斯格明子有可能被用来存储数据——斯格明子的存在将编码为 1，而其缺失将编码为 0。例如，IBM 研究人员在名为“赛道存储器。” 之前的研究也将它们确定为量子计算机中量子位或量子位的候选者。

在 4 月 19 日发表在《科学》杂志上的一项新研究中，科学家们认为斯格明子可用于在新型“通用记忆”中存储信息。这样的组件将结合当今计算机中最好的独立组件，即短期存储器（如随机存取存储器（RAM））和闪存（如固态驱动器（SSD）或硬盘驱动器）。

RAM 速度很快，但占用大量空间，并且需要持续供电，这意味着计算机关闭时数据会被擦除。与此同时，闪存的密度很高，无需电源即可保存数据，但其数据传输速度比 RAM 慢得多。它们都使用电子作为比特。

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在这项新研究中，研究人员表示，斯格明子可以用来代替电子，作为一种新型的比特，可以消除这些限制。

“磁性斯格明子的优点在于它们结合了非易失性，即信息永久存储，无需功耗、快速操作和高密度，”该研究的主要作者Olivier Boulle，一位研究科学家国家科学研究中心（CNRS）告诉《生活科学》。

科学家们表示，此前，斯格明子的移动速度仅为每秒 100 米（约 225 英里/小时），这太慢了，无法与最先进的技术竞争。但在研究中，他们将斯格明子的速度加快到了 900 m/s（约 2,000 mph）。布尔说，这是“基于斯格明子的设备的重要一步”。

他们通过用电流使纳米气泡穿过反铁磁材料来加速纳米气泡，并通过使用“极高空间分辨率磁显微镜”测量准粒子穿过材料所需的时间来计算速度。

永磁体由铁磁性产生，而反铁磁性是一种磁性，其中相邻离子表现为微小磁铁，在整个材料中以反平行排列方式排列。他们使用的反铁磁叠层由两个铁磁层（例如钴）组成，由具有相反磁化强度的厚非磁性层隔开。

布尔补充说，作为这项研究一部分的模拟表明，斯格明子不仅可以存储数据，还可以执行计算。例如，他说他的团队最近证明可以用它们执行逻辑运算 - 研究人员目前正在尝试在基本的人工智能（AI）芯片中使用它们。

布尔说，如果在未来的研究中得到利用，斯格明子可能成为结合中央处理器（CPU）功能和通用存储器存储功能的组件的基础。这样的组件可能会导致机器比我们今天的速度快得多，因为数据不需要在 CPU 和不同的内存组件之间传输，从而避免了处理速度的瓶颈。