这张图片展示了铥正铁氧体（TmFeO₃）的自旋以及晶体结构--位于图片左侧，和太赫兹射线引发的铥离子能级转变，触发了连贯的自旋动力学效果（存储开关）--位于图片右侧。

（图片来源于: 莫斯科物理技术学院新闻办公室）

引言

来自莫斯科物理技术学院（MIPT）的科学家以及他们来自德国和荷兰的同事，发现了一种显著提高计算机性能的途径。在《自然光子学》杂志上发表的论文中，他们阐述了使用一种称为“T波”或者“太赫兹射线”作为复位计算机存储单元的方法，比磁感应开关的速度快几千倍。

作者如此评价

来自普罗霍罗夫普通物理研究所和MIPT的研究人员、论文合著者、前苏联国家奖科学家、MIPT物理磁异质结构和用于节能信息技术的自旋电子学实验室的负责人 Anatoly Zvezdin 说：

“我们展示了一种全新的控制磁化的途径，依赖于太赫兹频段的短电磁脉冲。这是迈向太赫兹电子技术的重要一步。据我们所知，我们的研究首先使用了这种机制触发磁力子系统的振荡。”

存储器是计算机计算速度增长的薄弱环节

急剧增长的数字数据必须变得可操控，而且相应的计算任务复杂性也随之增长，这些都强迫硬件设计者达到更快的计算速度。许多专家相信经典的计算目前已经逼近极限，未来的计算速度很难再得以提高。这使得全球科学家，深入研究全新计算机技术出现的可能性。阻碍当代计算机进化的一个弱点就是存储器：它们需要花时间完成磁存储单元的每次置位/复位操作，所以减少这个循环的持续时间是一个极具挑战性的任务。

基于太赫兹技术的具体方案

一组科学家团队包括雷根斯堡大学的 Sebastian Baierl ，（荷兰）内梅亨大学以及莫斯科科技大学（MIREA）的 Anatoly Zvezdin, 和 Alexey Kimel ，提出了一种在太赫兹频率下的电磁脉冲（波长约0.1毫米，例如在微波和红外光之间），可以在存储开关中而不是外部磁场中使用。一种更常见的使用太赫兹辐射的设备就是机场身体扫描仪。太赫兹辐射可以显示出在人们衣服内隐藏的武器和爆炸物，而不会对于身体组织造成任何伤害。

为了发现太赫兹辐射是否可以用于便捷的存储状态转换（存储“磁比特”信息），研究人员使用铥正铁氧体（TmFeO₃）进行实验。作为一个弱铁物质，它通过磁矩的有序排列，或者微晶体（磁域）中原子的自旋产生了一种磁场。为了引入一种自旋的重新定位，外部磁场很有必要。

然而，实验展示了一种也可以直接使用太赫兹辐射，控制磁化的方法，它可以刺激电子以铥离子的形式发生转换，改变铁离子和铥离子的磁性。更进一步地说，太赫兹辐射的效果，近乎外部磁场效果的10倍。换句话说，研究人员设计了一种快速和高效的再磁化技术，为开发超高速存储器奠定基础。

Anatoly Zvezdin 说：

“有一个前苏联的研究小组，在他们的研究中使用了正铁氧体，这对于我们来说是一种优先领域。这项研究可以被视为他们的一个后续研究。”

参考资料

【1】S. Baierl, M. Hohenleutner, T. Kampfrath, A. K. Zvezdin, A. V. Kimel, R. Huber, R. V. Mikhaylovskiy. Nonlinear spin control by terahertz-driven anisotropy fields. Nature Photonics, 2016; DOI:

【2】https://mipt.ru/english/news/t_rays_will_speed_up_computer_memory_by_a_factor_of_1_000