瑞典KTH皇家理工學院研究團隊發現，透過扭轉原子級薄磁性材料，能以磁訊號取代電子傳輸資訊，此方法不需外部磁場或稀有元素，有望大幅降低運算能耗，為未來低功耗電子技術開啟新篇章。
瑞典KTH皇家理工學院（KTH Royal Institute of Technology）的研究人員與國際合作夥伴，近日發現一種透過扭轉原子級薄磁性材料層，能以磁訊號取代電子流來傳遞資訊的新方法。此項突破有望大幅降低運算過程中的能量消耗，為未來低功耗電子技術奠定基礎。
現今電子產品的資訊傳輸主要依賴電子在電路中的移動，以高低電壓訊號代表二進位資訊。然而，電子流動無可避免會產生熱量，導致能量損耗，同時也限制了裝置進一步微型化和效能提升的空間。
這項研究立基於「自旋電子學」（spintronics）領域，該學科旨在利用材料的磁性而非電荷來傳輸與處理資訊。自旋電子學利用電子的一種內在屬性——自旋（spin），即一種微小的磁性指向。相較於將電子推過元件，自旋電子系統可使用「磁振子」（magnons），這是一種在材料磁序中傳播的波，能在不傳輸電荷的情況下傳遞資訊，因此能顯著減少能量耗損。
不過，若要使磁振子應用於實際技術中，必須確保不同的磁訊號能夠以不同方式運作，以便控制與引導資訊流。過去，要實現這種分離通常需要強大的磁場或複雜的材料結構，這會增加成本、功耗和設計限制。
KTH教授 Anna Delin 指出，最新的研究提供了一條更為簡潔的路徑。研究團隊著重於實現所謂的「交變磁性行為」（altermagnetic behavior），即一種材料本身雖然沒有整體磁性，卻能在內部將磁訊號分離，使資訊路徑得以引導。這意味著材料本身就能決定磁性資訊的流動方式。
研究人員透過先進的電腦模擬，深入探討了「范德華反鐵磁體」（van der Waals antiferromagnets）——這是一類可高度精確堆疊與旋轉的原子級薄磁性材料。他們發現，只需透過「扭轉工程」（twist engineering），即相對旋轉材料的不同層，就能恰到好處地改變材料內部的對稱性，進而產生強大且可控制的交變磁性行為。
Anna Delin 表示：「我們證明這種行為異常強大，且不依賴外部磁場或有毒、關鍵、稀有元素。這使其成為探索更高效資訊傳輸新方法的具吸引力平台。」 KTH博士後研究員 Qirui Cui 也補充說道，此研究成果「為未來低能量資訊技術奠定了新基礎，可望作為傳統電子產品的補充」。
這項刊登於《Nano Letters》期刊的研究，雖未直接描述一個完成的電子裝置，但明確展示了僅透過材料設計，就能生成和控制攜帶資訊的磁訊號，為運算領域的能源效率問題帶來新的解決方案。