斯图尔特???帕金谈数字时代和“超越”

王怡昀/编译

20世纪80年代末，马克斯 · 普朗克微结构物理研究所所长斯图尔特 · 帕金（Stuart Parkin）在IBM研究院工作时发明了一种高度灵敏的磁场探测器。多亏了他的自旋阀，磁盘驱动器的存储容量飙升了1000倍、10 000倍。大部分数字数据仍然依靠他的这一技术存储在磁盘驱动器上。

IBM在2002年出售了其磁盘驱动器业务。帕金说：“当时有1万人在从事这项业务，然而一夜之间就消失了。”他认为这是一个挑战：“什么比磁盘驱动器更好，而我们能做什么？”他现在已经花了20年的时间把下一项技术——赛道存储器——变成现实。

多年以来，帕金的创新研究为他赢得了数十个备受瞩目的奖项和荣誉，其中包括2024年美国物理学会（APS）杰出研究成就奖，这是APS最重磅的奖项。该奖项表彰帕金“在自旋电子学方面的重大发现，引发了数据存储和存储器领域的革命”。

本文是APS对帕金的采访。帕金谈到了他对基础科学的热爱、在存储器方面的创新工作，并期望学生能“超越”自己。

什么是赛道存储器？

赛道存储器与传统存储器有两个重要区别。在传统的存储器中，一个器件通常只有一个比特，数据存储在一个固定的位置。在赛道存储器中，数据存储在磁自旋纹理壁或两个磁区域之间的边界中。我们的想法是，在一个非常非常细的磁性纳米线中，我们可以存储这些磁畴壁的整个序列。

通过在这条磁性导线中传递电流，你可以在不移动任何原子的情况下沿着导线以物理方式移動数据——只需要旋转磁性自旋。这意味着在一个器件中，我们可以存储100比特的信息。此外，信息可以沿着那条线以物理方式移动到器件上进行读写。它在概念上与今天的任何存储器都非常不同。

我在2002年提出了这个概念，我们现在已经有效地证明了它比我想象的还要好。我们发现的新物理学使我们能够在用电流脉冲操纵这些磁畴壁时，比20年前理论上的可能要快20到50倍。

我们希望在未来10年，我们将证明我们可以建造水平赛道。如果我们把几个水平赛道堆叠起来，一个叠一个，我们就可以制造出非常有趣的设备。它们具有高性能、低能耗、高容量和低故障的特点，所以它们的性能可能比磁盘驱动器好100万倍。

您还有其他项目吗？

我有很多！例如，如果你用传统超导体把超导电流注入某些类型的材料，包括磁性材料，你可以创造不同形式的超导电流——特别是三重态配对。这很有趣，如果三重态库珀对携带角动量的话。我们的目标是在非常低的温度下利用角动量来操纵磁化，也许用完全不同于我们今天使用的物理学来建造一个低温赛道。

我对神经形态计算也很感兴趣。大脑的能量利用率很高，它只需要20瓦功率。而现今使用半导体获得同等的计算能力，你需要10兆瓦。创造超低能量计算系统的潜在可能性巨大，前提是我们能更好地理解大脑是如何进行计算的。

您如何平衡研究项目、主管职责和其他专业活动？

科学给了我很大的动力。我对自己的工作感到非常兴奋，能和年轻人一起工作实在太棒了！科学家真的是世界上最好的工作。我总是能认识新朋友，得到新想法。但是有太多的事情要做，它们会占用我的时间。很多人对我没有及时回复他们的邮件感到非常不满（笑）。要回复所有这些邮件是不可能的。

您对学生有什么建议？

我告诉我的学生要“超越”，这意味着我们应该超越别人正在做的事情——我们应该提出自己的想法。我也喜欢说：“你应该做不可能的事。”想出一些没人做过的事情，然后想象一下实现这个目标的方法。如果从基础科学的角度来看，它是令人兴奋的，或者如果你可以想象它在技术上有用。然后永不放弃。尝试实现以前没有人做过的事情是非常令人兴奋的。

资料来源 Advancing Physics