德團隊扭轉二維材料發現新型磁性，助次世代資料儲存技術發展

德國研究團隊在二維材料中發現一種新的磁性，有助於超高密度的次世代資料儲存。外媒 Tom’s Hardware 報導，由德國斯圖加特大學（University of Stuttgart）領導的研究團隊，在扭轉中的二維三碘化鉻（Chromium Triiodide, CrI₃）中發現異常的磁性現象，除了對未來磁性資料儲存技術的發展有巨大影響外，也加強二維系統中磁性交互作用的新理解。

斯圖加特大學應用量子科技中心主任、教授 Jörg Wrachtrup 表示，「隨著資料量持續成長，未來的磁性儲存媒介必須能在更高密度下可靠地儲存資訊。我們的研究成果因此與次世代資料儲存技術直接相關」。

近年扭轉「凡得瓦材料」（van der Waals materials）成為研究熱點，由於「凡得瓦材料」的層與層之間僅靠微弱的「凡得瓦力」結合，透過扭轉會使原子薄層之間微小的角度偏移，並形成「莫爾超晶格」（moiré superlattices），進而強烈改變電子與磁性行為。

該研究成果發表在《自然奈米技術》（Nature Nanotechnology）期刊上，研究是利用奈米尺度磁性成像技術，在低溫環境下觀察扭轉的四層（double-bilayer）三碘化鉻結構（CrI₃）。

團隊發現，隨著扭轉角在小角度範圍內逐漸增大，這些磁性結構的特徵尺寸也隨之放大，在約 1.1 度扭轉時達到約 300 奈米，而當扭轉角增至約 2 度時，這些結構則消失。這些結構內的單一特徵尺寸約為 60 奈米。

研究人員指出，這些自旋結構並不只出現在單一堆疊結構型或莫爾條紋中的最低能量位置。相反地，它們形成一種更高階的「超莫爾紋」（super-moiré）磁性態，可在更大尺度上重組材料的磁性排列。

該團隊將這種行為歸因於多種磁性交互作用之間的競爭，包括交換作用（exchange interactions）、磁異向性（magnetic anisotropy）及介面處的交互作用。其中，一種特殊的磁性結構「反鐵磁的斯格明子」（antiferromagnetic Skyrmions）特別受研究人員關注。

該研究顯示，只要透過調整扭轉角度，就能作為穩定這類磁態的有效調控參數，在不改變材料成分或層數的情況下，重塑原子級薄材料中的磁性秩序。不過目前這項成果仍處於早期階段，且是在低溫環境下進行實驗。研究人員表示，其背後的物理機制有望轉移到其他層狀磁性材料中，包括具備更高磁性排序溫度的系統。