该研究由北京航空航天大学材料学院磁性功能材料研究团队、华中科技大学物理学院、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所加工平台合作完成，相关成果近日在国际学术期刊《自然》杂志上发表。
磁性功能材料是大规模数据存储机械硬盘的核心材料，相较于传统半导体存储器，磁存储器件依赖非易失量子自旋属性，储存能力更加稳定。反铁磁材料便是一类新型磁存储材料，作为数据存储介质，相邻数据位可以密排列以提升存储密度，并且可使数据写入速度大幅提升。
据了解，此前已有的反铁磁存储器件的电信号输出，主要依赖面内电子输运的各向异性磁电阻效应，高低阻态之间的电阻差值很小，常温下数据写入后难以有效读出，导致出现乱码等无效储存情况。
“就像流水一样，高低落差越大，水流越顺畅。这里的高低阻态之间的电阻差值变大，数据写入后才能被电路更清晰地识别出来。”该论文第一单位通讯作者、北京航空航天大学材料学院教授刘知琪举例说。
刘知琪介绍，科研团队突破了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，通过界面应力诱导非共线反铁磁单晶薄膜的晶格四方度变化，产生了单轴磁各向异性，以及显著的反常霍尔效应。基于该反常霍尔效应，实验发现了全反铁磁异质界面（共线反铁磁/非共线反铁磁）的交换偏置效应，从而设计制备出多层膜新型全反铁磁存储器件，大幅提升了数据读出可靠性。
“新型反铁磁存储器件实现了垂直电子输运，对比原有面内电子输运的反铁磁存储器件，它的常温高低阻态差值提升了近3个数量级，从而有望使信息存储速度和密度大幅提升。”该论文另一通讯作者、北京航空航天大学材料学院教授蒋成保说。