東京大學(xué)研究生院工學(xué)研究科教授關(guān)真一郎的研究團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)開發(fā)。該團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了在第三類磁性材料中可以讀寫構(gòu)成數(shù)字信息的“0”和“1”。與傳統(tǒng)磁體的內(nèi)存相比，速度快100倍以上，并且預(yù)計(jì)可以壓縮到原來的1/100……

約100年來*發(fā)現(xiàn)的“第三類磁性材料”被證明可以用于計(jì)算機(jī)的存儲器。如果應(yīng)用研究進(jìn)展順利，或能制造出比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度更快的計(jì)算機(jī)和續(xù)航時間更長的智能手機(jī)。這種材料由世界上豐富的鐵和硫磺制成，資源限制較少，在成本方面也具有優(yōu)勢。

東京大學(xué)研究生院工學(xué)研究科教授關(guān)真一郎的研究團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)開發(fā)。該團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了在第三類磁性材料中可以讀寫構(gòu)成數(shù)字信息的“0”和“1”。與傳統(tǒng)磁體的內(nèi)存相比，速度快100倍以上，并且預(yù)計(jì)可以壓縮到原來的1/100。該材料在室溫下工作，即使關(guān)閉電源，寫入的信息也能夠保存。

具有磁鐵性質(zhì)的物質(zhì)被稱為“磁性材料”。目前已知有兩種類別，而2022年德國的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了第三種類別。這種被稱為“交替磁性材料”，物質(zhì)中的微小磁鐵的N極和S極的排列方式等有所不同。這一新類別的發(fā)現(xiàn)是約100年來*。已被美國《科學(xué)》雜志評選為“2024年十大新聞”等，成為材料研究的關(guān)注主題之一。

它由常見元素構(gòu)成的“硫化鐵”制成，材料成本極低。研究團(tuán)隊(duì)利用物質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并通過計(jì)算預(yù)測特性，從數(shù)萬個候選物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了這一材料。目前能制造出約3毫米見方的晶體。今后將繼續(xù)推進(jìn)開發(fā)臨時存儲計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的存儲器。已于2024年12月在英國《自然·材料》雜志上發(fā)表。

利用磁體中微小磁鐵進(jìn)行信息存儲的歷史悠久。典型的產(chǎn)品是VHS等磁帶以及計(jì)算機(jī)使用的硬盤（HDD）。近年來，結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù)的新型存儲器“磁阻隨機(jī)存取存儲器（MRAM）”市場也已建立。

像MRAM這樣的磁存儲具有保存數(shù)據(jù)不需要耗電的優(yōu)勢。即使關(guān)閉電源，數(shù)據(jù)也不會消失，電池續(xù)航良好。有案例顯示，可以將其配備在智能手表中，在不額外充電的情況下可以使用超過一周。相反，依靠電力存儲信息的內(nèi)存隨著時間的推移內(nèi)部電流會泄漏，放置后數(shù)據(jù)會消失。作為預(yù)防性措施，需要持續(xù)供電，導(dǎo)致耗電量增大。

如今，電子設(shè)備的存儲器幾乎全部為電存儲，但近年來，可以節(jié)能的磁存儲備受關(guān)注。據(jù)印度調(diào)查公司MordorIntelligence預(yù)測，MRAM的市場規(guī)模到2029年將從2024年的約20億美元擴(kuò)大至約226億美元。

另一方面，現(xiàn)有MRAM存在難以提高容量的課題。MRAM使用名為“鐵磁性材料”類別的材料，當(dāng)以很高的密度排列材料中的微小磁鐵時，各個磁鐵之間會相互干擾，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確讀寫數(shù)據(jù)。因?yàn)樾枰�確保間隔來排列，因此容量較低。

于是，使用第三類交替磁性的MRAM引發(fā)關(guān)注。這種磁鐵之間不會發(fā)生干擾。能以較小的間距排列磁鐵，理論上集成率可提高到傳統(tǒng)MRAM的100倍。讀寫速度也有望從以往的納秒（1納秒為十億分之一秒）級別提升至皮秒（1皮秒為一萬億分之一秒）級別。

東京大學(xué)研究生院的關(guān)教授滿懷信心地表示：“有望追趕（半導(dǎo)體存儲器領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)性電存儲產(chǎn)品）DRAM和SRAM”。

存儲器會影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)算性能。如果配備高性能的存儲器，復(fù)雜的人工智能（AI）計(jì)算速度便可加快，還能生產(chǎn)出充電一次可續(xù)航很長時間的智能手機(jī)。新型存儲器開發(fā)是電子學(xué)研究的重要領(lǐng)域之一，在預(yù)定于6月在京都召開的半導(dǎo)體國際會議“VLSI2025”上，與存儲器相關(guān)的采納論文占元器件工藝技術(shù)領(lǐng)域總體的四分之一。尤其是韓國和中國，發(fā)布的成果較多。

交替磁性也適用于智能手機(jī)的存儲閃存�，F(xiàn)有閃存雖便宜，但可擦寫次數(shù)有限。交替磁體MRAM理論上沒有擦寫次數(shù)限制。如果以材料價格低廉為武器推進(jìn)量產(chǎn)，可能會替代現(xiàn)有閃存。

“交替磁性剛剛提出理論不久，實(shí)驗(yàn)幾乎處于未開展?fàn)顟B(tài)”，東京大學(xué)研究生院的關(guān)教授表示。盡管*近幾年發(fā)現(xiàn)了多種材料，但能否真正轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品取決于后續(xù)的開發(fā)情況。

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，關(guān)教授等人的團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)在基板上制備薄膜的研究。今后可能會在材料加工技術(shù)和制造工藝等方面遇到障礙，但就目前而言，并未發(fā)現(xiàn)交替磁性存在本質(zhì)性課題。設(shè)想的元件結(jié)構(gòu)基本與現(xiàn)有MRAM相同，應(yīng)用研究極有可能迅速加快。

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