文|陳根

目前，存儲(chǔ)設(shè)備的磁性組件大多由磁性薄膜制成。在原子水平上，這些磁性薄膜仍然是三維的——數(shù)百或數(shù)千個(gè)原子厚。但是磁體會(huì)占用本可被用于編碼信息的空間，從而影響存儲(chǔ)容量。因此，幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找制造更薄、更小的二維磁體的方法。

近期，能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開(kāi)發(fā)出世界上最薄的磁體——只有單原子厚度的柔性氧化鋅和鈷薄膜。這種磁鐵與以前開(kāi)發(fā)的類似材料不同，它不僅可以使數(shù)據(jù)以更高的密度存儲(chǔ)，還能夠在室溫下運(yùn)行。

通常認(rèn)為，納米級(jí)磁體必須要在-195℃左右的低溫以維持磁場(chǎng)。但這種新磁體的二維晶格在室溫下也可以完美保持功能，它甚至能在更高溫，甚至足以將水煮沸的環(huán)境中保持磁化狀態(tài)。

在新磁體的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，研究人員從氧化石墨烯、鋅和鈷的混合物開(kāi)始，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行烘烤，變成了一層遍布鈷原子的氧化鋅。這層厚度僅為一個(gè)原子，被夾在兩層石墨烯之間，然后將其燒掉，留下一層磁性的二維薄膜。

通過(guò)后續(xù)實(shí)驗(yàn)，研究小組發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變材料中鈷的含量來(lái)調(diào)整磁性。最終，他們找到了最佳比例：約12%的鈷含量——鈷低于6%時(shí)磁體會(huì)弱到無(wú)法發(fā)揮功用，超過(guò)15%時(shí)磁體又會(huì)變得不穩(wěn)定。這樣的“黃金比例”，使得該材料在高達(dá)100℃的溫度下都保持出色的磁力。

此外，這種磁體可以激發(fā)電子進(jìn)入“量子疊加”狀態(tài)，允許粒子同時(shí)占據(jù)多個(gè)狀態(tài)。這樣可以借助自旋向上、向下、或同時(shí)向上向下這三種狀態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而不是通常情況下的前兩種狀態(tài)。

總的來(lái)說(shuō)，目前使用的存儲(chǔ)設(shè)備依賴于非常薄的磁性薄膜，但這些薄膜往往是三維的，測(cè)量起來(lái)有數(shù)百或數(shù)千個(gè)原子厚。而該磁體達(dá)到真正的二維極限，僅有一個(gè)原子厚度，使數(shù)據(jù)能夠以極高的密度存儲(chǔ)。

未來(lái)，期待該超薄磁鐵可以在下一代存儲(chǔ)器、計(jì)算、自旋電子學(xué)和量子物理學(xué)方面大展身手。