從電腦到信用卡再到雲伺服器，當今的技術依賴於磁體將編碼資料儲存在儲存裝置上。但是磁體的大小限制了儲存容量；即使是紙一樣薄的磁體也會佔用可以更好地用於編碼資訊的空間。
現在，在一項發表於《自然·通訊》的研究中，研究人員已經設計出世界上最薄的磁體之一——一種柔性氧化鋅和鈷薄片，僅有一個原子厚。“這意味著我們可以使用相同數量的材料儲存更多的資料，”加州大學伯克利分校的工程師、該研究的資深作者姚傑說。
除了縮小傳統資料儲存的尺寸外，厚度小於一奈米的磁體對於開發自旋電子學（spin electronics的縮寫）至關重要：自旋電子學是使用電子的自旋方向而不是電荷來編碼資料的裝置。這種磁體甚至可以幫助激發電子進入“量子疊加”態，這使得粒子可以同時佔據多種狀態。這樣，資料就有可能使用三種狀態（向上或向下自旋，或兩者同時）而不是通常的兩種狀態來儲存。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事。
通常，奈米級磁體必須被超冷卻到低至零下320華氏度（以維持磁場）。這一要求對建立商業化的自旋電子器件或縮小傳統資料儲存尺寸構成了巨大的障礙。“您不想隨身攜帶低溫冷卻器，”芝加哥大學自旋電子學研究員大衛·奧肖姆說，他沒有參與這項研究。“因此，擁有在室溫下緊湊且靈活的材料非常重要。”
新型磁體的二維晶格在室溫下完美執行——甚至在熱到可以煮沸水的條件下也能保持磁化。結合這些特定元素的決定至關重要；鋅和氧本身不具有磁性，但它們與磁性金屬（如鈷）相互作用。透過調整鈷原子與氧化鋅分子的比例，該團隊“調整”了材料的磁強度。大約12%的鈷是他們的最佳比例——低於6%時，磁體太弱而無法有效工作，而高於15%時，它變得不穩定。
姚認為，來自氧化鋅的遊離電子有助於穩定鈷原子，從而保持磁場完整。“目前的假設，”姚說，“是電子充當信使，使這些鈷原子能夠‘相互交談’。”
愛爾蘭聖三一學院的計算物理學家斯特凡諾·桑維託也未參與這項研究，他說磁體的實用性將取決於它與其他二維材料的相互作用。他說，像“一副紙牌”一樣堆疊各種單原子薄膜，將使工程師能夠為從安全資料加密到量子計算等各種應用定製下一代自旋電子學：“這將非常有趣。”