德国美茵茨大学研究团队在《科学》杂志上发表了一项里程碑式成果：首次实现直接利用轨道电流进行信息读写，彻底省去了传统上必须将轨道电流转换为自旋电流的中间步骤。这一突破意味着，未来有望开发出能耗极低的存储器和处理器，对于降低电子设备功耗具有重大意义。

传统电子设备依赖于电子的电荷属性，而自旋电子学则利用电子的自旋属性。近年来兴起的轨道电子学更进一步，直接利用电子绕原子核运动产生的轨道角动量来存储和处理信息。虽然听起来复杂，但原理十分清晰：理论上，轨道电流产生的信号强度比自旋电流高出几个数量级，这使得它成为降低数据存储与处理能耗的理想选择。然而，此前一直存在一个关键障碍——轨道电流必须首先转换为自旋电流才能实际应用，这一转换过程大大削弱了其潜在优势。

此次，研究团队构建了一个精巧的模型系统：在绝缘反铁磁材料氧化钴上覆盖一层铜，铜在表面反应形成氧化铜。已知轨道电流会在铜-氧化铜层中产生，并向氧化钴层传播。其中关键创新在于，他们将铜中可移动的轨道矩与氧化钴中局域的轨道矩直接耦合。正是这种耦合机制，使得信息读取成为可能——根据两种轨道矩的相对排列方向，即可自然对应二进制中的“0”或“1”。

这种耦合之所以能够实现，关键在于使用了以轨道角动量为主的磁体。过去的研究一直局限于以自旋为主的磁体，思路受到限制。团队进行了对比测试，将这一轨道电子系统与传统氧化钴/铂自旋电子系统进行比较，结果令人瞩目：前者产生的信号强度比后者高出两个数量级。

进一步研究发现，轨道电流与氧化钴的相互作用方式与自旋电流截然不同。轨道电流并非简单模仿自旋电流的行为，而是激活了反铁磁材料中长期被隐藏的特性。

研究团队判断，具有强轨道特性的反铁磁材料将成为未来轨道电子器件的理想平台。这一发现有望推动开发出更节能的存储和计算技术，不仅在学术领域具有重要意义，更在应对全球资源和能源消耗挑战方面具有现实价值。

总编辑圈点

理论上，借助电子绕原子核运动产生的轨道电流进行信息存储与计算，具有信号强度高、能耗低的优势，无疑是理想选择。然而，此前无法直接利用轨道电流，必须将其转换为自旋电流，这一转换过程不可避免地降低了性能、增加了能耗，削弱了轨道电流的固有优势。此次科研人员搭建的特殊双层材料模型，成功打开了轨道电流直接读写信息的通道。未来若能将这种新型信息读写方式投入应用，开发下一代高性能存储与计算芯片，将有望缓解数据中心的耗电压力，推动计算技术向可持续发展方向迈进。