研究提出新型電場驅動數據寫入機制

近日，吉林大學趙宏健教授等人在電場可切換的縱向非互易電荷輸運方面取得進展，提出了一種超越磁電效應框架的電場驅動數據寫入機制，相關成果發表在Physical Review Letters。

現代信息存儲技術的核心在于數據寫入與數據讀出兩個基本過程。在磁存儲技術中，數據讀出通過探測磁阻效應、霍爾電導率或非線性電導率等電荷輸運特性實現，而數據寫入主要依賴于磁場、自旋轉移矩或自旋軌道矩對材料磁性的調控。然而，這三種數據寫入方式本質上都由電流驅動，不可避免地會引發焦耳熱效應，導致顯著的能耗問題。為了實現數據的低能耗存儲，探索電場驅動的數據寫入方案尤為重要。

以多鐵性材料為代表的磁電耦合材料為設計和制造低能耗磁電存儲器開辟了全新的途徑。在磁電耦合材料中，電場可直接調控材料的磁矩，衍生出電致電阻，進而實現數據的低能耗寫入。然而，現有室溫磁電材料體系極為有限，這一關鍵材料的匱乏嚴重限制了磁電存儲器的實際應用。因此，探索高能效存儲的物理機制不僅具有重要的科學價值，更蘊含著巨大的技術潛力。

本研究中，通過對稱性分析，研究團隊發現電場可在非極性磁性材料中誘導出二階縱向非線性電荷輸運效應。該非線性輸運源于電場引發的電極化，其電場可切換特性為實現電場驅動的數據寫入提供了可能。該現象存在于光譜的磁性材料中，涵蓋鐵磁體、反鐵磁體、磁電材料和非磁電材料。隨后，通過第一性原理模擬和輸運計算，研究團隊進一步確定了YFeO₃和CuFeS₂這兩種室溫反鐵磁材料具有電場可切換的二階縱向非線性電荷輸運效應。

該研究有望啟發新型低能耗數據存儲器的設計和制造。

相關論文信息： https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.046801