在信息爆炸的时代，信息存储尤为关键。记者了解到，近期我国科研人员突破了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，使超快速响应超高密度反铁磁随机存取存储器的研制成为可能，有望大幅提升手机、计算机等信息产品运行速度。

记者从华中科技大学获悉，该校物理学院张佳副教授的最新合作研究成果在国际学术期刊《自然》杂志上发表，研制出原子级平整反铁磁金属单晶薄膜，以此为基础，设计制备出多层膜全反铁磁存储器，其存储速度和密度得到大幅提升，让反铁磁存储器变得又快又小，而且功耗低，能满足高端手机、电脑的复杂需求。该成果将推动新型磁性存储的研究进展，未来的应用将有望大幅提升手机、计算机等信息产品运行速度。

大幅提升数据读出可靠性

磁性功能材料是大规模数据存储机械硬盘的核心材料，相较于传统半导体存储器，磁存储器件依赖非易失量子自旋属性，储存能力更加稳定。反铁磁材料便是一类新型磁存储材料，作为数据存储介质，相邻数据位可以密排列以提升存储密度，并且可使数据写入速度大幅提升。

据了解，此前已有的反铁磁存储器件的电信号输出，主要依赖面内电子输运的各向异性磁电阻效应，高低阻态之间的电阻差值很小，常温下数据写入后难以有效读出，导致出现乱码等无效储存情况。

“就像流水一样，高低落差越大，水流越顺畅。这里的高低阻态之间的电阻差值变大，数据写入后才能被电路更清晰地识别出来。”该论文第一单位通讯作者、北京航空航天大学材料学院教授刘知琪举例说。

刘知琪介绍，科研团队突破了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，通过界面应力诱导非共线反铁磁单晶薄膜的晶格四方度变化，产生了单轴磁各向异性，以及显著的反常霍尔效应。基于该反常霍尔效应，实验发现了全反铁磁异质界面（共线反铁磁/非共线反铁磁）的交换偏置效应，从而设计制备出多层膜新型全反铁磁存储器件，大幅提升了数据读出可靠性。

“新型反铁磁存储器件实现了垂直电子输运，对比原有面内电子输运的反铁磁存储器件，它的常温高低阻态差值提升了近3个数量级，从而有望使信息存储速度和密度大幅提升。”该论文另一通讯作者、北京航空航天大学材料学院教授蒋成保说。

十余年聚焦磁存储材料探索

存储器在日常生活中应用广泛，如手机闪存、电脑存储器和硬盘等。随着信息化发展，未来社会对存储器的需求更加强烈。磁性随机存储器就是一种新型的非易失性存储器。

张佳介绍，磁性随机存储器主要以磁电阻效应来存储数据的随机存储器。他解释，“磁性随机存储器是通过磁电阻的高低来记录‘0’和‘1’，并通过二进制进行数据存储。其中磁电阻效应是由结构为‘铁磁、绝缘势垒、铁磁’的磁性隧道结中，通过量子隧穿效应产生。”因在读写速度、单位面积的存储量、储存能力的稳定性以及能耗等诸多方面具有诸多优势，磁性随机存储器被认为是下一代存算一体、嵌入式内存的重要备选之一。目前已在通信、军事、数码产品上有了一定的应用，但密度和速度的提升一直是磁性随机存储器科研攻坚方向。

2007年，在中国科学院物理研究所攻读博士学位的张佳就开始从事磁性材料的理论计算研究。从华中到华北，从国内到国外，求学的道路上张佳的科研能力在一次次的尝试与探索之中提升。2016年年底，回国来到华科大后，他继续在这一领域深耕。

2021年，张佳和团队成员发现了一类特殊的反铁磁，并对其所构成的反铁磁隧道结的隧穿磁电阻效应进行了理论计算，团队惊喜地发现其产生的显著磁电阻效应有希望解决反铁磁态读出的瓶颈问题。张佳团队的上述理论研究成果最终于当年5月发表在物理学著名期刊《物理评论快报》上。

在理论工作投稿后不久，北京航空航天大学的刘知琪教授团队和张佳取得了联系，告知张佳团队他们在理论所预言的一种反铁磁隧道结中观测到了较大的室温隧穿磁电阻效应。两个团队随后开展了紧密合作，对实验结果进行深入的理论分析和计算。“张老师做科研十分勤奋认真严谨，在做这一合作项目时，计算、理论解释、验证每一步他都带着我们，经常跟我们讨论到深夜。”华科大物理学院博士生朱蒙回忆。

今年1月，两个团队的合作成果得以刊发在《自然》（Nature）杂志上，该研究成果关于反铁磁隧道结中的室温隧穿磁电阻效应的发现，表明了非共线反铁磁在信息存储器件上的应用潜力与前景，使超快速响应、超高密度反铁磁随机存取存储器的研制成为可能。

文章来源： 科技日报，极目新闻，如痴如醉的谭