斯圖爾特???帕金談數字時代和“超越”

王怡昀/編譯

20世紀80年代末，馬克斯 · 普朗克微結構物理研究所所長斯圖爾特 · 帕金（Stuart Parkin）在IBM研究院工作時發明了一種高度靈敏的磁場探測器。多虧了他的自旋閥，磁盤驅動器的存儲容量飆升了1000倍、10 000倍。大部分數字數據仍然依靠他的這一技術存儲在磁盤驅動器上。

IBM在2002年出售了其磁盤驅動器業務。帕金說：“當時有1萬人在從事這項業務，然而一夜之間就消失了。”他認為這是一個挑戰：“什么比磁盤驅動器更好，而我們能做什么？”他現在已經花了20年的時間把下一項技術——賽道存儲器——變成現實。

多年以來，帕金的創新研究為他贏得了數十個備受矚目的獎項和榮譽，其中包括2024年美國物理學會（APS）杰出研究成就獎，這是APS最重磅的獎項。該獎項表彰帕金“在自旋電子學方面的重大發現，引發了數據存儲和存儲器領域的革命”。

本文是APS對帕金的采訪。帕金談到了他對基礎科學的熱愛、在存儲器方面的創新工作，并期望學生能“超越”自己。

什么是賽道存儲器？

賽道存儲器與傳統存儲器有兩個重要區別。在傳統的存儲器中，一個器件通常只有一個比特，數據存儲在一個固定的位置。在賽道存儲器中，數據存儲在磁自旋紋理壁或兩個磁區域之間的邊界中。我們的想法是，在一個非常非常細的磁性納米線中，我們可以存儲這些磁疇壁的整個序列。

通過在這條磁性導線中傳遞電流，你可以在不移動任何原子的情況下沿著導線以物理方式移動數據——只需要旋轉磁性自旋。這意味著在一個器件中，我們可以存儲100比特的信息。此外，信息可以沿著那條線以物理方式移動到器件上進行讀寫。它在概念上與今天的任何存儲器都非常不同。

我在2002年提出了這個概念，我們現在已經有效地證明了它比我想象的還要好。我們發現的新物理學使我們能夠在用電流脈沖操縱這些磁疇壁時，比20年前理論上的可能要快20到50倍。

我們希望在未來10年，我們將證明我們可以建造水平賽道。如果我們把幾個水平賽道堆疊起來，一個疊一個，我們就可以制造出非常有趣的設備。它們具有高性能、低能耗、高容量和低故障的特點，所以它們的性能可能比磁盤驅動器好100萬倍。

您還有其他項目嗎？

我有很多！例如，如果你用傳統超導體把超導電流注入某些類型的材料，包括磁性材料，你可以創造不同形式的超導電流——特別是三重態配對。這很有趣，如果三重態庫珀對攜帶角動量的話。我們的目標是在非常低的溫度下利用角動量來操縱磁化，也許用完全不同于我們今天使用的物理學來建造一個低溫賽道。

我對神經形態計算也很感興趣。大腦的能量利用率很高，它只需要20瓦功率。而現今使用半導體獲得同等的計算能力，你需要10兆瓦。創造超低能量計算系統的潛在可能性巨大，前提是我們能更好地理解大腦是如何進行計算的。

您如何平衡研究項目、主管職責和其他專業活動？

科學給了我很大的動力。我對自己的工作感到非常興奮，能和年輕人一起工作實在太棒了！科學家真的是世界上最好的工作。我總是能認識新朋友，得到新想法。但是有太多的事情要做，它們會占用我的時間。很多人對我沒有及時回復他們的郵件感到非常不滿（笑）。要回復所有這些郵件是不可能的。

您對學生有什么建議？

我告訴我的學生要“超越”，這意味著我們應該超越別人正在做的事情——我們應該提出自己的想法。我也喜歡說：“你應該做不可能的事。”想出一些沒人做過的事情，然后想象一下實現這個目標的方法。如果從基礎科學的角度來看，它是令人興奮的，或者如果你可以想象它在技術上有用。然后永不放棄。嘗試實現以前沒有人做過的事情是非常令人興奮的。

資料來源 Advancing Physics