东京大学 显示如何控制Weyl点的图表
信用:2020 Higo等
研究人员已经成功地演示了一种方法，可以在两种不同的非易失性状态之间以极高的速度和精确度切换一种新材料
所讨论的设备的物理成分对于外部影响(例如磁场)是非常坚固的
这些发现可能导致具有高能量效率的高速和高容量存储设备
1929年，理论物理学家赫尔曼·韦尔正在探索新导出的狄拉克方程，该方程描述了粒子物理中的许多事情，并导致了反物质的发现
他注意到这个方程暗示了一种无质量粒子的存在，这种粒子被称为韦尔费米子
这曾经被认为是基本粒子中微子
将近一个世纪后，在2015年，魏尔费米子终于在现实中被发现，在此后的几年里，物理学家不仅开始了解它，而且开始寻找它的潜在用途
由东京大学固体物理研究所和物理系的仓知·中津治教授领导的一个包括实验室研究人员在内的团队发现了一种利用维勒费米子制造先进存储器件的方法
“自旋电子学这个词可能会激发那些对未来技术感兴趣的人
研究助理桥本智哉·伊戈解释说:“从广义上讲，它可以取代和取代当今设备中的许多电子功能。”
“一段时间以来，铁磁材料，以熟悉的方式工作的磁铁，已经被用来探索自旋电子现象
但是有一种更好的磁性材料被称为反铁磁材料，这种材料看起来更难使用，但是有很多优点
" 反铁磁体是一种有趣的材料，因为它们为研究人员提供了铁磁性材料提供的许多有用的特性，但由于其组成部分的独特排列，它们较少受到外部磁场的影响
当致力于存储器件时，这是一个优点，因为准确性和鲁棒性很重要，但是这种特殊的布置也使得根据需要操纵材料变得更加困难
“用简单的电脉冲能否控制反铁磁态，就像控制铁磁态一样，这一点并不明显，”中津说
这就是威尔费米子的来源
“在我们的样品(反铁磁锰锡合金Mn3Sn)中，Weyl费米子存在于动量空间(不是物理空间，而是表示系统中粒子动量的数学方式)的Weyl点上
博士后研究员沈晗·蔡解释说:“这些魏尔点有两种可能的状态，可以代表二进制数字。”
“我们的突破性发现是，我们可以通过向相邻的Mn3Sn薄层和铂或钨施加外部电流，在这些状态之间切换Weyl点
这种方法被称为自旋轨道转矩切换
" “我们的发现表明，物理学家追求的无质量的魏尔费米子已经在我们的磁体中被发现，而且可以被电子操纵，”中津冀补充道
由于Mn3Sn中的Weyl费米子发出了非常大的信号，自旋轨道转矩切换的检测成为可能
对应于基于这种技术的存储器的写入或读取速度的转换速率在每秒万亿次或太赫的范围内
目前的高端计算机内存每秒切换几十亿次，或千兆赫
因此，当意识到这一点时，它可能会导致性能的大幅提升，但仍有一段路要走
“我们的研究面临两大挑战
一是优化Mn3Sn薄膜的合成
另一个是搞清楚转换机制，”Higo说
“我们感到兴奋不仅因为我们发现了一些有趣的现象，还因为我们可以预期我们的发现在未来可能会有重要的应用
通过创造新的材料，我们发现了新的现象，这些现象可以产生新的装置
我们的研究充满了梦想
" 这项研究发表在《自然》杂志上
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