据Mining.com网站报道，斯坦福大学研究人员证实，一种名为锰钯三（Manganese Palladium Three）的金属复合物薄层拥有一种特性，能够制造可以电子自旋方向存储数据的内存。

科学家在发表于《自然-材料》（Nature Materials）期刊的论文中解释称，他们工作的目的是为了解决人工智能（AI）技术发展带来的对计算能力的爆发式需求。

“在我看来，我们已经从互联网过渡到AI时代”，本文共同作者王善祥教授在媒体声明中称。“我们想推动AI技术发展——训练家庭电脑、手机或智能手表来探测心脏病或语音识别。要做到这一点，你需要一个快速的非易失性存储器”。

存储数据的捷径

王教授及其团队分析的内存存储方法，即所谓的自旋轨道力矩磁阻随机存取存储器（SOT-MRAM， Spin-Orbit Torque Magnetoresistive Random Access Memory）存储数据比现在的方法更快更有效，因为现在存储数据使用电荷，为保留数据需要持续通电。

“我们为未来节能存储元件提供了基本模块，”王教授称。“这很基础，但是一个突破”。

SOT-MRAM依赖电子的一种本身属性即自旋。为理解自旋，可以想象一名职业篮球运动员手指上旋转的篮球。由于电子为带电粒子，其旋转将电子变成一个沿其轴极化的微型磁体。

如果电子转变自旋方向，这个微型磁体的南北极也将改变。研究人员利用磁力线的上或下方向，即磁偶极矩来表示构成计算机数据的位和字节的1和0。

在SOT-MRAM中，穿越一种材料（SOT层）的电流产生特殊的自旋方向。这些电子的运动，配合自旋方向，能够产生切换自旋方向的力矩，并在相邻磁性材料中的相关磁偶极子。有合适的材料，存储磁性数据如同切换SOT层中的电流方向一样简单。
 
但是，寻找合适的SOT材料并非易事。由于硬件设计方式限制，当电子自旋方向沿Z轴朝上或朝下时，数据可以更密集地存储。遗憾地是，如果电流沿X轴运移，大多数材料的电子自旋极化方向为Y轴。

“常规材料只能产生Y轴方向的自旋，这意味着我们需要外部磁场来切换成Z轴方向，这需要更多能量和空间”，论文另一共同作者薛芬（Fen Xue，音译）称。“为降低能耗和提高存储密度，我们希望在不借助外磁场的情况下实现切换”。

锰钯三

研究人员发现，锰钯三拥有他们需要的特性。这种材料能够产生各种方向的自旋，因为其内部结构缺少那种会迫使所有电子进入特定方向的晶体对称性。采用锰钯三，研究人员发现，即使没有外部磁场，也能够实现在Y轴和Z轴之间的磁化转换。虽然文中没有显示，但在没有外部磁场的情况下X轴方向的磁化也能切换。

“我们使用了与其他常规材料相同的输入电流，但现在我们拥有三个不同方向的自旋”，本文第一作者，来自斯坦福大学的博士后马亨德拉·DC（Mahendra DC）表示，“根据应用不同，我们可以控制磁化方向”。

除了具有非对称性结构外，锰钯三还具有其他几种属性，使其成为SOT-MRAM应用非常好的选择。例如，它能够在电子产品必须经受的热处理后恢复并保持其特性。

“热处理要求电子设备在400摄氏度下保持30分钟”，DC称。“对于这些设备中的新材料来说这是一大挑战，而锰钯三没问题”。

另外，锰钯三制作采用一种被称为磁控溅射（Magnetron Sputtering）的工艺，此技术已经应用于其他存储硬件的生产。

其结果是，这种材料的新性能不仅可以帮助满足日益增长的算力需求，而且可以顺利适应目前的制造技术需求。

研究人员已经采用锰钯三制作SOT-MRAM原型，将来会被用于实际设备。

“目前技术面临瓶颈”，DC称。“因此，我们必须要清楚还有什么其他选择”。