德国团队首次实现轨道电流直接读写技术 助力存储芯片功耗大幅降低

7月7日消息，据报道，德国美茵茨大学分校（JGU）研究团队在最新一期《科学》杂志上发表了一项里程碑式成果：首次实现了利用轨道电流直接进行信息读写，全程无需转换为自旋电流，标志着“轨道电子学”从理论走向了实际应用。

在微观世界中，电子不仅围绕原子核运动，其轨道运动本身还产生一种称为“轨道矩”的量子特性，可形象地理解为电子绕核旋转形成的“涡流”。

当这些“涡流”在导体中定向移动时，便形成“轨道电流”。与之对应的是“自旋电子学”，它利用的是电子“自旋”这一内禀属性及其产生的“自旋电流”。

长期以来，自旋电流一直是自旋电子存储器件的主流技术路径，但其信号强度较弱。

轨道电流的显著优势在于其产生的信号比自旋电流强得多。然而，此前的技术瓶颈在于，若想利用轨道电流进行信息存储，必须先将其转换为自旋电流，这一复杂转换过程不可避免地带来能量损耗。

由克里斯汀·施密特博士和马蒂亚斯·克劳伊教授领导的JGU团队，成功绕过了这一环节，直接在磁性材料中利用轨道电流写入或读取信息，实现了“纯轨道电子器件”方法。

施密特博士指出，这项成就为开发能耗极低的大规模存储介质奠定了坚实基础。更令人瞩目的是，他们获得的信号强度比传统自旋电子器件高出两个数量级，即整整200倍。

研究团队资深成员萨钦·克里什尼亚博士强调，这种效应不仅在强度上超越前者，其物理本质也截然不同——轨道电流与氧化钴的相互作用方式，并非模仿自旋电流，而是似乎激活了反铁磁体的某些“隐藏特性”，使轨道磁性成为未来器件中一个独立可控的自由度。

这项研究的深远意义体现在两方面：其一，它直击当前数据存储能耗过高的痛点，若未来存储设备能耗降低200倍，将对全球能源节约和环境保护产生巨大贡献。

其二，轨道电子学有望实现更快速、更可靠的数据读写，从而提升整体计算性能。施密特博士认为，具备强轨道特性的反铁磁材料，将成为下一代轨道器件的理想平台，推动信息技术迈向更高效、更绿色的新阶段。