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据报道， 近日，一组来自能源部劳伦斯•伯克利国家实验室的科学家们证实了“手性”这种特殊性质，在具有无序结构的纳米级厚的多层材料样品中，这种特殊性质可能以新的方式传输和存储数据。
虽然大多数电子设备都依赖于电子电荷的流动，但科学界正狂热地通过设计材料和方法来控制其他固有的电子特性，从而寻找新的方法，例如控制它们围绕原子的轨道和自旋，从而使电子发生革命性的变化，这些特性可以被认为是一个被调整为面向不同方向的指南针。
科学家们希望，这些特性可以通过促进自旋电子学来实现更快、更小和更可靠的数据存储，自旋电子学的一个方面是利用自旋电流来操纵域和域壁。自旋电子驱动的装置在消耗更少的功率情况下可以产生比传统装置更少的热量。
在《先进材料》期刊上详述的最新研究中，伯克利实验室分子铸造和高级光源( ALS )工作的科学家们证实，在自旋相反的相邻磁畴之间的过渡区域(称为畴壁)中存在手性或手性。
科学家们希望控制手性来控制磁畴，类似于右利手或左利手，并像传统的计算机存储器一样传递0和1。
样品是由钆和钴的非晶合金组成，然后将它们夹在铂和铱的超薄层之间，已知它们强烈影响相邻自旋。
现代计算机电路通常使用基于晶体形式的硅晶片，其具有规则有序的结构。在这项最新的研究中，实验中使用的材料样品是无定形或非晶态的，这意味着它们的原子结构是无序的。
实验结果显示，这些畴壁的磁特性中的主导手性可能被翻转到相反的方向。这种翻转机制是自旋电子学和基于电子自旋特性的各种研究领域的关键技术。
然后，科研小组致力于确定元素的正确厚度、浓度和分层以及其他因素，从而优化这种手性效应的相关研究。
这项研究的主要作者、伯克利实验室材料科学部博士后Robert Streubel说:“现在我们可以证明在非晶薄膜中拥有手性磁性，这是以前没有人展示过的。”他还称，实验的成功打开了用温度控制畴壁某些性质的可能性，例如手性，以及用光转换材料手性性质的可能性。
Streubel指出：“非晶材料尽管结构混乱，但也可以制造出来，从而可以克服自旋电子学应用中晶体材料的一些局限性。我们想研究那些在工业应用中更容易制造得复杂材料。”
研究小组在伯克利实验室的分子铸造厂获得了一种独特的高分辨率电子显微镜技术，并以所谓的洛伦兹观察模式进行实验，从而成像分析样品材料的磁性。他们将这些结果与ALS的X射线技术(称为磁圆二色性光谱)的结果相结合，以确认样品中纳米级的磁手性。
分子铸造公司国家电子显微镜中心采用洛伦兹显微镜技术为解析自旋织构的磁畴特性提供了所需的几十纳米分辨率。
该研究的共同负责人、实验室材料科学部高级职员科学家Peter Fischer说:“这种仪器的高空间分辨率让我们可以看到畴壁的手性，而且我们可以实现对整叠材料的观察研究。”
Peter Fischer指出，像使用电子束和X射线这种越来越精确、高分辨率的实验技术为科学家探索缺乏明确结构的复杂材料提供了保证。
Peter Fischer 表示：“我们现在正在寻找新的探测器，从而深入到越来越小的层次上。新的性质和发现经常发生在材料的界面上，这就是为什么我们要问：当你把材料一层接一层地放在另一层上时会发生什么？那么这对自旋纹理有何影响呢？自旋纹理是一种材料自旋取向的磁性景观？”
Peter Fischer称，即将问世的下一代电子和X射线探针，将使科学家们能够直接在原子分辨率级别观察到在飞秒(即数十亿分之一秒)时间尺度下材料界面发生的磁转换。
Peter Fischer说；“因此，我们的下一步工作是研究非晶系统中这些畴壁的手性动力学：即在这些畴壁移动时成像，并观察原子是如何组装在一起的。”
Streubel补充道：“这是一项非常深入的研究，几乎涉及所有需要的方面。每一件事都具有挑战性。”洛伦兹显微术的结果被输入到由Streubel定制的数学算法中，以识别畴壁类型和手性。另一个挑战是使用称为溅射的常规技术优化样品生长从而实现手性效应。
他还表示：“该算法和实验技术现在可以在未来的应用到一整套样本材料中，应该还可以推广到不同用途的不同材料中。”
研究小组还希望，他们的研究工作有助于推动与自旋轨道电子相关的研发，在这些研究中，被称为skyrmions的“拓扑保护”(稳定和弹性)自旋纹理有可能取代材料中微小畴壁的传播，并实现比传统设备更小、更快的计算设备和更低的功耗。
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