戳蓝色字关注IntelligentThings

磁荷冰的整体序描述。桔红色的区域代表正电荷；蓝色区域代表负电荷。

(图片来源于: Yong-Lei Wang and Zhili Xiao)

引言

美国能源部阿尔贡国家实验室一组科学家，和由Zhili Xiao领导的北伊利诺伊大学物理学家以及材料学家，发明了一种新的材料，称为“可重写的磁荷冰”，提供了空前的局部磁场控制程度，为未来的计算机技术开辟了一条途径。开发磁荷冰的研究报告发表在2016年5月20日的科学杂志上。

目前存储技术是什么样的？

目前的磁存储器和记录设备，例如电脑硬盘，包含具有两个极性的纳米磁体，每个用来代表0或者1，即计算机中常用的二进制数字或者比特位。

磁荷冰技术有什么提升？

磁荷冰，具有八种可能的组态，而不是传统的两种，从而带来更密集存储能力。

这项研究的意义有哪些？

根据这项研究的带头人Xiao说法，这项研究首先成功的通过可控制的能量态，创造了人工磁荷冰。他们实现的可调谐的磁荷冰，和理想中的合成材料相似。这样提供了一种通用平台，推进研究人员对于人工自旋冰的认知，发现新的物理现象和完成新的应用功能。

人工自旋冰的研究情况如？

在过去十年来，科学家们对发明，调查和尝试操作“人工自旋冰”，表现出浓厚兴趣。它是之所以称为“人工自旋冰”，因为自旋体具有一个晶体结构，依照在水冰中发现的质子位置次序。

科学家们将人工自旋冰变成科学实验场，来拓展和发现磁场的魅力。然而过去一段时间，研究人员一直对于实现自旋冰磁荷的全局和本地控制，感到无能为力。

为了战胜这个挑战，Xiao和它的同事们解耦了磁自选体和磁荷的晶体结构。科学家们使用双轴向的阵列磁体，精确而便捷地，将磁荷调谐到八个可能的电荷组态中的一种。他们然后使用了磁力显微镜，在室温下展示了材料的局部（读-写-擦除）多功能性。

例如，他们使用一种特殊的提花技术，在小于人类头发直径十分之一的物理空间内，在材料上写了一个单词“ICE”。

Yong-Lei Wang，Xiao之前的博士后研究助理，是科学杂志文章的第一作者和合著者。他设计了新的人工磁荷冰结构，并且构建了研究仪器。

Wang说，“尽管自旋物和磁荷总是相关的，他们可以不同方式排序，这项研究提供了一种解决问题的新方法。我们不是关注自旋物，而是处理磁荷，从而提供了更多的可控性。“

磁荷冰材料的优势有哪些？

磁荷冰是二维的，它由十分薄的原子层组成，并且可以应用到其他的薄材料上，例如石墨烯。它也是环境友好，并且生产起来相对廉价。

磁荷冰应用有哪些问题？

磁荷在应用到技术设备之前，还有很多障碍需要跨越。例如，双轴向阵列磁铁需要用来实现所有的能量状态组态。另外，将这种磁铁应用于商业硅技术中，也是一个挑战。

磁荷冰的应用价值

磁荷冰中的磁单极子可以帮助量子计算，同时也能提高超导体的载流能力。另外，还可以应用到包括数据存储，记忆体和逻辑设备，提高其性能和容量。

IntelligentThings评述

材料技术，对于计算机和半导体技术的发展起到很重要的作用。新的材料技术，例如“磁荷冰”，可以促进原有设备性能提高，同时也可以应用到量子计算机之类的新技术。IntelligentThings以后将持续关注一些新材料，对于智能创新技术的影响。

如果大家有什么关于物联网，智能硬件，创新方向的技术或者产品问题想了解，请写评论告诉IntelligentThings，或者联系微信：JohnZh1984。我会定期参看大家的问题，并选择一些来回答。