在《自然通信》上发表的一项开创性研究中，麻省理工学院（MIT）的研究人员开创了计算技术的新时代，首次展示了在室温下控制范德华尔斯磁性材料（ van der Waals magnetic materials， vdWMMs）磁化的能力。这项开创性工作不仅挑战了对磁性材料的传统理解，还为超高效、可扩展的自旋电子设备铺平了道路。

创新的核心：范德华磁性材料

vdWMMs以名为范德华尔斯将原子薄层结合在一起的弱力命名，已成为不懈寻求更高效计算技术的希望的灯塔。与它们笨重的三维前身不同，这些材料拥有原子光滑的界面，并保持磁秩序，只有几个原子厚。这种非凡的薄度和在如此规模上操纵磁性的能力使vdWMM对自旋电子学的未来发展非常重要，该领域旨在利用电子的自旋进行数据存储和处理，为传统电子产品提供了重大飞跃。

室温突破

麻省理工学院团队的成就集中在范德华尔铁磁铁Fe3GaTe2（FGaT），这是一种表现出强垂直磁各向异性（perpendicular magnetic anisotropy，PMA）的材料，使其成为自旋电子应用的理想选择。从历史上看，将vdWMM集成到实际设备中的一个重要障碍是它们在低温下工作，限制了它们在专业实验室环境之外的适用性。

在这次的研究中，研究人员在室温下展示了FGaT/Pt双分子装置的非易失性、确定性磁化开关。使用铂旋转霍尔层（platinum spin-Hall layer）来实现旋转轨道扭矩（ spin-orbit torque，SOT）开关，该团队实现了低至1.69 x 10^6 A/cm^2的阈值开关电流密度。这不仅标志着vdWMM研究的一个关键里程碑，也标志着更广泛地追求节能计算的进步。

技术交响曲：它是如何实现的

这一成就背后的过程包括通过细致的自通量方法合成FGaT的大块晶体，然后制造将FGaT与薄薄的铂层相结合的双层器件。研究人员利用了旋转轨道耦合效应（spin-orbit coupling effect）——其中电流通过铂产生旋转电流，可以切换FGaT层的磁化。FGaT的内在特性和对FGaT/Pt界面的工程改进促进了这种效果，允许以最小的能源消耗精确控制磁化。

这项研究的一个值得注意的方面是，它有条不紊地使用第二谐波霍尔电压测量来量化SOT效率，这项技术进一步强调了所观察到的磁化开关的鲁棒性和可重现性。

行业影响：由旋转驱动的未来

这项研究对该行业的影响是广泛而多样的。在最前沿，使用vdWMMs开发自旋电子设备可以通过 提供无电保留信息的非易失性内存来彻底改变数据存储技术。这意味着计算机可以立即启动，节省时间和能源。

此外，与基于硅的设备相比，旋转电子设备在显著较低的能源阈值下运行的潜力可能会大幅降低数据中心的功耗，数据中心目前是全球主要的能源消耗。vdWMMs的高可扩展性进一步预示了通往更紧凑、更高效的设备的道路，使更强大的计算机和智能手机能够消耗更少的电池能量。

前进的道路：挑战和机遇

虽然麻省理工学院团队的成就是向前迈出的一大步，但从实验室到市场的道路上充满了挑战。可扩展性、制造成本以及与现有技术的集成仍然是需要清除的障碍。然而，在材料科学和纳米技术快速创新的推动下，研究界是乐观的。

该研究的团队成员强调了通过采用vdWMMs等新材料来彻底改进计算技术的潜力。“试图改进过去效果良好的材料有很多惯性。但我们已经表明，如果你做出根本性的改变，从重新思考你正在使用的材料开始，你有可能得到更好的解决方案。”

麻省理工学院研究团队在vdWMMs中成功演示了室温、确定性磁化切换，这代表了自旋电子学和整个计算领域的关键时刻。随着技术的成熟和克服商业化的现有障碍，我们正处于新的计算范式的边缘——这种范式有望更节能、更快，并能够推动下一波技术创新。计算的未来很可能在于操纵自旋，这是一个由范德华磁性材料的开创性工作推动的量子飞跃。