斯格明子：有望带来新一代存储器！

导读

近日，英国伯明翰大学、布里斯托大学、美国科罗拉多大学博尔得分校的科学家们采用一门称为“斯格明子电子学（skyrmionics）”的新兴科学，朝着新一代数据存储和处理设备的目标又更近了一步。

背景

20世纪60年代，英国物理学家托尼·斯格明（Tony Hilton Royle Skyrme）发展了一套描述原子核力的理论模型，通过求解非线性场论方程得到一种具有粒子性质的拓扑孤子。在托尼·斯格明去世（1987年）前五年，这一粒子才被科学界关注并被命名为斯格明子(skyrmion)。

简单说，斯格明子是一种具有准粒子特性并受拓扑保护的自旋结构。其中电荷以漩涡状稳定排列，电荷虽可被重新移动组合，但这种结构不会改变。

下图展示了两种类型的斯格明子结构：构型（a）刺猬斯格明子（hedgehog skyrmion） 和构型（b）螺旋斯格明子（spiral skyrmion）。

（图片来源：维基百科）

在斯格明子内部，旋转电子指向不同的方向，在彼此接近时很难彼此粘在一起，这种结构有利于存储器的小型化。此外，由于具有稳定的拓扑结构，这种特殊的自旋排列，使得驱动斯格明子状态改变的电流密度比驱动传统磁畴要低5-6个量级。

因此，磁性斯格明子有望作为一种全新的信息载体，成为未来构建高密度、高速度、低能耗的磁性信息存储器件的理想候选材料。举例来说，笔者曾介绍过新加坡国立大学的科研人员发明的一种超薄多层膜，能有效利用斯格明子进行信息的存储。

（图片来源：Siew Shawn Yohanes / 新加坡国立大学）

创新

近日，英国伯明翰大学、布里斯托大学、美国科罗拉多大学博尔得分校的科学家们采用一门称为“斯格明子电子学（skyrmionics）”的新兴科学，朝着新一代数据存储和处理设备的目标又更近了一步。

斯格明子电子学主要是利用斯格明子磁性薄膜中的纳米结构的特性。磁表面的这些自旋如同微型涡旋一样，科学家们相信它们能比现代计算机所依赖的现有磁性数据存储技术更密集地存储大量数据。这些斯格明子结构的形状意味着，其中编码的数据能比现有的方案以更低的功耗传输。