2D 斯格明子电气控制原理图。图片来源：韩国标准科学研究院 （KRISS）

韩国标准与科学研究院 （KRISS） 在世界上首次在二维 （2D） 材料中生成和控制室温下的斯格明子。与传统的三维 （3D） 系统相比，这一成就降低了功耗，同时最大限度地提高了量子效应，使其成为开发室温量子计算机和 AI 半导体的核心技术。

该研究发表在《先进材料》杂志上。

斯格明子是一种以涡流形状排列的自旋结构，理论上可以简化为几纳米，并且能够以非常低的功率移动。如果斯格明子可以在现实中自由创建和操作，那么将有利于开发具有超低功耗和高性能的下一代设备。因此，该领域的研究正在积极进行。

虽然以前的斯格明子应用仅在 3D 磁体中进行了探索，但 2017 年首次发布的 2D 磁体报告扩大了研究范围，包括 2D 材料。

与 3D 相比，2D 的优势在于表面更光滑，类似于冰，在操作斯格明子时减少摩擦（热量）和噪音，从而以更低的功耗实现稳定运行。此外，2D 中的斯格明子比 3D 中的斯格明子小，从而增强了量子现象。

KRISS 成功地在室温下生成和控制 2D 磁体中的斯格明子。通过在磁体表面施加非常精细的电压和磁场，产生斯格明子，然后用电流驱动到所需的方向。

2D 和 3D 斯格明子之间的功耗数据比较。图片来源：韩国标准科学研究院 （KRISS）

实验结果表明，在二维中控制斯格明子的功耗约为三维的 1/1000，其尺寸减小了十倍以上，在稳定性和速度方面具有显著优势。尽管美国和中国几乎同时报道了室温斯格明子的二维创建，但 KRISS 是第一个在形成和电控制方面都取得成功的公司。

这一成功是在研究团队去年 2 月开发出 3D 斯格明子晶体管大约一年后取得的，该晶体管推动了下一代自旋电子器件的开发。值得注意的是，这项技术在室温下最大限度地发挥了斯格明子的量子效应。这反过来又表明了使用斯格明子实现室温量子比特的潜力，从而解决了仅在超低温环境中运行的现有量子计算机的一些局限性。

KRISS 量子磁传感小组的高级研究科学家 Seungmo Yang 表示：“随着人工智能的最新进展，对超低功耗半导体器件的需求正在增加。我们的斯格明子控制技术可以为下一代 AI 半导体器件的设计做出贡献。

更多信息：Yubin Ji 等人，范德华铁磁体中超低电流密度驱动的室温磁斯格明子运动的直接观测，先进材料（2024 年）。DOI： 10.1002/adma.202312013

期刊信息： Advanced Materials