香港大学 通过改变金属层(图中的金球)与三个原子层厚度的相对位置来存储信息
涡旋及其颜色揭示了层间滑动时贝里曲率在带状结构中的动态变化；以这种堆叠顺序编码的数字1和0可以通过这种量子特性读取
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到2020年，全球数据量预计将达到44兆字节，并将继续增长，超过当前计算和存储设备的容量
与此同时，到2030年，相关用电量将增加15倍，吞噬全球8%的能源需求
因此，降低能耗、提高速度的信息存储技术是当务之急
伯克利的研究人员在伯克利时由HKU大学校长张翔教授带领，与斯坦福大学艾伦·林登伯格教授的团队合作，发明了一种新的数据存储方法:他们在只有3毫米厚的钨二碲镉汞中使奇数层相对于偶数层滑动
这些原子层的排列代表数据存储的0和1
这些研究人员创造性地利用量子几何:贝里曲率来读出信息
因此，这种材料平台非常适合内存，具有独立的“写”和“读”操作
使用这种新的数据存储方法的能量消耗可以比传统方法少100倍以上
这项工作是非易失性存储类型的概念创新，并可能带来技术革命
研究人员首次证明，超越传统硅材料的二维半金属可以用于信息存储和读取
这项工作发表在最新一期的《自然物理学》杂志上
与现有的非易失性(NVW)存储器相比，这种新的材料平台有望将存储速度提高两个数量级，将能量成本降低三个数量级，并能极大地促进新兴的内存计算和神经网络计算的实现
本研究受2017年发表在《自然》杂志上的张教授团队“静电掺杂驱动的单层MoTe2结构相变”研究的启发；林登伯格实验室关于“利用光来控制拓扑材料中材料属性的转换”的研究发表在2019年的《自然》杂志上
此前，研究人员发现，在二维材料——钨二碲镉汞中，当材料处于拓扑状态时，这些层中原子的特殊排列可以产生所谓的“Weyl节点”，这将显示出独特的电子特性，如零电阻导电
这些点被认为具有类似虫洞的特征，在那里电子在材料的相对表面之间隧穿
在之前的实验中，研究人员发现材料结构可以通过太赫兹辐射脉冲进行调整，从而在材料的拓扑和非拓扑状态之间快速切换，有效地关闭零电阻状态，然后再打开
张的团队已经证明，二维材料的原子级厚度大大降低了电场的屏蔽效应，其结构容易受到电子浓度或电场的影响
因此，二维极限的拓扑材料可以将光控转化为电控，为电子器件铺平道路
在这项工作中，研究人员堆叠了三层钨二碲金属原子层，就像一副纳米级卡片
通过向叠层中注入少量载流子或施加垂直电场，它们使每个奇数层相对于其上下的偶数层横向滑动
通过相应的光学和电学特征，他们观察到这种滑动是永久性的，直到另一个电激发触发层重新排列
此外，为了读取存储在这些移动的原子层之间的数据和信息，研究人员在半金属材料中使用了非常大的“贝里曲率”
这种量子特性就像一个磁场，可以控制电子的传播，产生非线性霍尔效应
通过这种效应，可以在不干扰堆叠的情况下读取原子层的排列
利用这一量子特性，可以很好地区分不同的堆和金属偏振态
这一发现解决了铁电金属由于弱极化而造成的长期读取困难
这使得铁电金属不仅在基础物理探索中令人感兴趣，而且证明了这种材料具有与传统半导体和铁电绝缘体相当的应用前景
改变堆叠顺序只涉及范德瓦尔斯键的断裂
因此，能量消耗理论上比传统相变材料中破坏共价键所消耗的能量低两个数量级，为开发更节能的存储设备提供了新的平台，并帮助我们走向可持续和智能的未来
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