研究团队提出了一种依靠温度变化来控制自旋状态的新型存储技术，几乎无需电力即可写入并保持数据。该成果由浦项科技大学与忠南国立大学研究人员共同完成，展示了由温度驱动而非电流驱动的非易失性切换机制，相比现有技术，能耗最多可降低 66 倍。相关论文以封面文章形式发表在《Advanced Functional Materials》上。

随着人工智能（AI）应用迅速扩展，对高速、高效数据处理的需求不断攀升，能耗问题正成为关键瓶颈。大型数据中心的用电量已接近小型城市的水平，这使得开发超低功耗存储技术变得尤为迫切。

自旋电子学带来的新路径

自旋电子学被视为下一代存储与计算技术的重要候选，它利用电子自旋而非电荷来编码信息。在这类器件中，自旋方向对应二进制的 0 和 1。尤其是基于磁性绝缘体的器件，由于无需电流通过材料本体，可显著减少由电流加热带来的能量损失。

目前主流方案多依赖强电流来翻转自旋方向，导致能耗偏高。基于温度的切换方法曾被提出作为低功耗替代，但通常存在一个问题：当温度恢复到初始值时，自旋方向往往也会回到原始状态，难以实现数据断电仍能保持的非易失性存储。

借助热滞后获得稳定自旋状态

为解决这一难题，研究人员引入了热滞后效应。热滞后指的是系统在经历加热和冷却后，不会立即回到起始状态，而是在一定温度区间内维持新的稳定状态。

团队构建了一个由两层稀土铁石榴石组成的结构：一层为钆铁石榴石（GdIG），另一层为钬铁石榴石（HoIG）。这两种材料都具有磁响应，但其自旋方向随温度变化的方式不同，因此在特定温度范围内会“偏好”不同的取向。两层之间存在强耦合，再叠加各自的磁各向异性，使系统在一定温度窗口内形成两种可长期共存的稳定磁取向，即双稳态。

研究人员将这一现象形象地比作“拔河”。两种材料好比两支对抗的队伍，温度变化则像是在改变各队的力量。当某一方在特定温度下占据优势时，系统的自旋方向就会朝该方“拉过去”。一旦在摩擦力（对应磁各向异性和耦合）的作用下稳定下来，即便之后条件略有变化，也不容易反向翻转。这种“拉过去就不轻易回头”的特性正是非易失性行为的基础，使得存储状态在外界条件波动时仍能保持。

显著节能与潜在应用

实验中，研究团队仅通过约 ±25 K 的小幅温度变化，配合适度的外加磁场，就实现了自旋方向的可靠切换。与传统的自旋轨道转矩（SOT）切换方式相比，这一温度驱动方案的能耗最多可降低 66 倍；在理想条件下，理论上甚至有望达到 452 倍的能耗降低。

金炯裕教授表示：“本研究证明了仅依靠温度变化就可以实现自旋状态的控制与保持。这有望成为迈向 AI 时代超低功耗存储器件的重要一步。”