
【計】 field propagation of bubble
磁泡磁場傳輸(Magnetic Bubble Domain Transport)是固體物理學與計算機存儲技術交叉領域的重要概念,指利用磁性材料中形成的圓柱形磁疇(即“磁泡”)在外部磁場調控下進行定向移動,從而實現信息存儲與傳輸的技術。該技術基于磁泡在外加梯度磁場中的位移特性,通過改變局部磁場強度或方向,控制磁泡在薄膜晶體材料中的位置變化,完成數據的寫入、擦除和讀取操作。
從物理機制分析,磁泡本質是磁性薄膜中自發形成的磁化方向與周圍區域相反的區域。美國貝爾實驗室1967年的研究報告指出,钇鐵石榴石(YIG)等鐵氧體材料在外加垂直磁場作用下,可形成直徑1-100微米的可控磁泡結構。這些磁泡的移動速度與材料矯頑力、磁場梯度呈正相關,典型傳輸速率可達10 cm/s量級。
工程應用層面,日本電氣公司(NEC)在1970年代開發的磁泡存儲器(Magnetic Bubble Memory)實現了非易失性數據存儲,其存儲密度達到10 bit/cm²。該技術通過設計蛇形坡莫合金傳輸通道,配合旋轉磁場實現磁泡的精确位移控制,相關原理被收錄于《IEEE磁學彙刊》技術标準。
當前該技術雖已被Flash存儲器取代,但其物理原理仍在自旋電子學領域延續發展。劍橋大學卡文迪許實驗室2021年研究發現,納米級磁泡(Skyrmions)在磁性薄膜中的傳輸機制可應用于低功耗存儲器件設計,相關成果發表于《自然·材料》期刊。
“磁泡磁場傳輸”這一概念涉及磁學與信息傳輸技術的結合,以下是分步解釋:
磁場基礎
磁場是傳遞磁力作用的特殊場,由磁體、電流或運動電荷産生。它具有能量和方向性,雖然不可見,但能通過磁針偏轉等現象被觀測。
磁泡的定義
磁泡(Magnetic Bubble)指在特定磁性材料(如钆镓石榴石薄膜)中形成的微小圓柱形磁疇。其磁化方向與周圍區域相反,在外部垂直磁場作用下呈現“氣泡”狀結構,直徑通常為微米級。
磁場傳輸機制
通過外部控制磁場的變化(如梯度磁場或脈沖磁場),驅動磁泡在材料中有規律移動。磁泡的存在(“1”)與消失(“0”)可表示二進制數據,其位置移動實現信息傳輸。
技術應用場景
主要用于20世紀70-80年代的磁泡存儲器:
磁泡磁場傳輸是一種利用可控磁場操縱磁性材料内部磁疇(磁泡)進行數據存儲與傳輸的技術,曾應用于早期高可靠性存儲設備,後逐漸被半導體存儲器取代。
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