作者:塞巴斯蒂安·尤茨，保罗·舍勒研究所 如果一组钴原子指向北方或南方(红色)，相邻的钴原子指向西方或东方(蓝色)
相邻原子的取向在平面内
这种相互作用需要将钴层夹在铂层(下方，米色)和氧化铝层(上方，此处未显示)之间
荣誉:保罗·舍勒研究所/·罗 保罗·舍勒研究所和苏黎世联邦理工学院的研究人员发现了纳米范围内的一种特殊磁性现象
它使磁铁能够以不同寻常的配置组装
这可以用来制造计算机存储器和开关，以提高微处理器的性能
这项工作的结果现已发表在《科学》杂志上
磁铁的特点是它们有一个北极和一个南极
如果两个普通磁铁靠得很近，相反的磁极互相吸引，相同的磁极互相排斥
这就是为什么磁针，比如在指南针中发现的那些，在地球磁场中排列，这样我们就可以用它们来确定南北的基本方向，并由此得出东西方向
在我们每天用感官体验的世界里，这条规则是正确的
然而，如果你离开宏观世界，潜入更小维度的深处，这种情况就会改变
保罗·舍勒研究所和苏黎世联邦理工学院的研究人员现在发现了一种非常特殊的磁相互作用，这种磁相互作用是在仅由几个原子厚的磁性层构成的纳米结构层面上进行的
原子就像微型指南针，在纳米范围内的微小距离上发挥作用，这意味着百万分之几毫米
这就是为什么研究人员也称它们为纳米磁体
PSI的研究人员现在能够观察到的现象是基于两位物理学家伊戈尔·季亚洛辛斯基和托鲁·玛利亚60多年前预测的相互作用
“那是我们的起点”，苏黎世金融服务集团和瑞士联邦理工学院的物理学家·罗说
原子的西北和东南耦合 在这种相互作用中，原子罗盘指针不仅沿南北方向排列，还沿东西方向排列
该研究的第一作者赵楚·罗说:“它们指向哪里取决于它们周围的原子是如何定向的。”
例如，如果一组原子指向北方，相邻的组总是指向西方
如果一组原子指向南方，那么相邻的原子就指向东方
这些方向可以通过磁场或电流反向，即从北到南，反之亦然
相邻的原子团随后相应地重新定向，或者从西向东，或者从东向西
该研究的主要作者·罗(音)站在一种所谓的溅射沉积工具前
在该设备中产生铂、钴和氧化铝层
每层只有几纳米厚
荣誉:保罗·舍勒研究所/马希尔·丹贝戈维奇 研究人员在一层钴原子的帮助下发现了西北和东南方向的耦合
6纳米厚，夹在一边的铂层和另一边的氧化铝层之间
“仅仅是为我们的实验开发这些特殊的层就花了大约半年的时间，”罗说
他在由劳拉·海德曼领导的PSI介观系统研究小组工作，劳拉·海德曼也是苏黎世联邦理工学院的教授
不同寻常的是，这种相互作用发生在横向，即在一个平面上
以前，纳米磁体之间的类似耦合只能在垂直方向上被探测到，一组原子排列在另一组之上
PSI和苏黎世联邦理工学院的研究人员共同观察到的现象使得平面磁网络的发展成为可能
除此之外，还可以生产合成反铁磁材料
在这些反铁磁物质中，原子群以固定的间隔指向北方或南方
相反的纳米磁体的数量大致相同，因此它们在总和中相互中和
这就是为什么乍一看，反铁磁物质的作用不像磁铁——例如，它们不会粘在冰箱门上
相邻的原子要么指向西方，要么指向东方，充当分隔指向北方或南方的磁体的间隔物，每个磁体都只有几纳米那么小
例如，这使得制造新的、更高效的计算机存储器和开关成为可能，进而使微处理器更加强大
计算机的逻辑门 面向南或北的单个纳米磁体适合构建逻辑门
逻辑门是计算机中的一个构件，其功能相当于一种开关
信号进入这些门，然后被处理成输出信号
在计算机中，许多这样的门被联网来执行操作
这样的门也可以在纳米磁体的帮助下建造，这些纳米磁体排列在北方或南方
这些类似于今天普遍使用的处理器，晶体管以二进制形式处理信号，将所有信号解释为0或1
面向北或南的纳米磁体也可以做到这一点
这将使微处理器更加紧凑和高效
根据与劳拉·海德曼一起监督这项研究的皮埃特罗·甘巴代拉的说法，“这项工作提供了一个平台来设计链接的纳米磁体阵列，并实现平面逻辑门和存储设备的全电控制”，科学家们现在在《科学》杂志上写道
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