撰文 " 乔安娜·汤普森（Joanna Thompson）
翻译 | 刘彬
从计算机到信用卡再到云服务器，当今的技术依靠磁体将编码数据存储在设备上。但是磁体会占用本可被用于编码信息的空间，从而影响存储容量。
现在，在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊发表的一项研究中，研究人员设计了一种世界上最薄的磁体——只有单原子厚度的柔性氧化锌和钴薄膜。美国加利福尼亚大学伯克利分校的工程师姚杰（Jie Yao，这项研究的通讯作者）表示：“这意味着我们可以用等量的材料储存更多数据。”
除了减小存储设备的尺寸，厚度小于1纳米的磁体在自旋电子元件的开发中也起到了必不可少的作用，自旋电子元件是指利用电子的自旋方向，而不是电荷来对数据进行编码的小组件。这种磁体甚至可以激发电子进入“量子叠加”状态，允许粒子同时占据多个状态。这样可以借助自旋向上、向下、或同时向上向下这三种状态存储数据，而不是通常情况下的前两种状态。
一般认为，纳米级磁体必须要被过冷到-195℃左右的低温以维持磁场，这为自旋电子元件的应用带来了困难。“人们不会想随身携带低温冷却设备，因此，能在室温下实现的紧凑型柔性材料非常重要。”美国芝加哥大学自旋电子学领域的研究员戴维·奥沙洛姆（David Awschalom，并未参与这项研究）这样评价道。
这种新磁体的二维晶格在室温下也可以完美保持功能，它甚至能在更高温（甚至足以将水煮沸）的环境中保持磁化状态。在新磁体的研发过程中，至关重要的是组合几种特定的元素：锌和氧本身不具有磁性，但能与钴等磁性金属相互作用。该团队通过改变钴原子和氧化锌分子的比例，来调整这种新材料的磁场强度。最终，他们找到了最佳比例：约12%的钴含量——钴低于6%时磁体会弱到无法发挥功用，超过15%时磁体又会变得不稳定。
姚杰认为，来自氧化锌的游离电子有助于使钴原子保持稳定。他表示：“我们目前的假设是这些电子起到了像信使一样的作用，使钴原子能够相互‘交谈’。”
爱尔兰都柏林圣三一大学的计算物理学家斯特凡诺·圣维托（Stefano Sanvito，并未参与这项研究）表示，这种磁体有用与否将取决于它和其他二维材料之间的相互作用——如果能把不同单原子薄膜“像纸牌”那样叠起来，工程师就能量身定做下一代自旋电子元件，从而实现从数据加密到量子计算等一系列方面的应用，“这将非常有意思。”
本文转自环球科学
