轨道电流首次直接用于信息读写
德国美茵茨大学团队首次实现直接利用轨道电流进行信息读写，省去转换为自旋电流的步骤。通过铜-氧化铜与氧化钴的轨道矩直接耦合读出信号，强度比传统自旋系统高两个数量级，有望开发低能耗存储器和处理器。
先说几个核心判断：这一次，德国美茵茨大学的团队在《科学》杂志上发表的成果，确实值得关注。他们首次实现了直接利用轨道电流进行信息读写，省去了过去必须将其转换为自旋电流的中间步骤。这意味着什么？意味着有望开发出能耗极低的存储器和处理器，这可不是一句空话。
传统的电子设备靠的是电子的电荷属性来干活，大家已经很熟悉了。自旋电子学则更进一步，玩的是电子的自旋属性。而近年来兴起的轨道电子学，干脆利用电子围绕原子核运动产生的轨道角动量来承载信息。听起来有点玄乎，但道理很简单：理论上看，轨道电流产生的信号强度比自旋电流高出几个数量级，这对于降低数据存储和处理能耗来说，简直是理想选择。不过，在此之前，这条路上一直有个绕不过去的坎——轨道电流必须先转换成自旋电流才能实际应用，这一转换过程，等于把它的潜力打了不少折扣。
这次，团队构建了一个精妙的模型系统：在绝缘反铁磁材料氧化钴上覆盖一层铜，铜在表面反应形成氧化铜。已知轨道电流会在铜-氧化铜层中形成，并向氧化钴层传播。关键之处在于，他们将铜中可移动的轨道矩与氧化钴中局域的轨道矩直接耦合在一起。正是这种耦合，才使得信息读出成为可能——根据两种轨道矩的相对排列方向，就能自然地对应二进制中的“0”或“1”。
这个耦合能够实现，说到底是因为用了以轨道角动量为主的磁体。过去的研究一直依赖以自旋为主的磁体，思路被框住了。团队做了一个对比测试，把这一轨道电子系统与传统的氧化钴/铂自旋电子系统放在一起比较，结果令人印象深刻：前者产生的信号强度比后者高出两个数量级。
更深入的研究还发现，轨道电流和氧化钴的相互作用方式，与自旋电流根本不同。轨道电流不是在简单模仿自旋电流的行为，而是激活了反铁磁材料中那些一直被隐藏的特性。
团队的判断是，具有强轨道特性的反铁磁材料将成为未来轨道电子器件的理想平台。这有望推动开发出更节能的存储和计算技术——不仅是在学术层面，更是在应对全球资源和能源消耗挑战的现实意义上。
总编辑圈点
理论上来说，靠电子绕原子核运动产生的轨道电流存算信息，信号强度高、能耗低，确实是理想选择。但我们一直无法直接利用轨道电流，不得不先把它转成自旋电流，转换过程不可避免地会降低性能、提高能耗，削弱了轨道电流的优势。此次科研人员搭建的特殊双层材料模型，打开了轨道电流直接读写信息的通路。这种新的信息读写方式未来若能得到应用，开发下一代高性能存储与计算芯片，将有望缓解数据中心的耗电压力，助力计算技术的可持续发展。
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