目前，基于硅的计算技术能源效率非常低。到2030年，信息和通信技术的能源消耗预计将占用全球发电量的20%以上。因此，实现技术低碳化就成了首要的节能目标。牛津大学物理系的Paolo Radaelli教授与英国钻石光源合作，致力寻找硅材料的替代品。近期，研究小组在Nature上发表研究成果，发现一些反铁磁结构可能在室温下成为低能量反铁磁自旋电子学的主要候选材料。

研究人员一直致力于研究硅的替代技术。目前，铁和铜等常见金属氧化物是公认的替代品，并已作为主流技术应用于硅芯片计算机中，这也表明两种技术有很大的兼容性。尽管氧化物能很好地存储信息，但无法有效移动信息，后者是计算的必要环节。然而，许多氧化物具有磁性，表明在氧化物和其他磁体中可移动磁性“比特”，且所需的能量很小。

Paolo Radaelli教授称，比特必须非常微小，小于10纳米（十亿分之一米），而且即使在被“摇晃和搅拌”时也必须是稳固的。这颇具挑战。因为比特非常小时，很容易消散。目前提出的解决方案是利用固态物理学和宇宙学之间奇特的相似关系。事实上，这个项目灵感颇具挑战——能否在磁铁中复制出宇宙弦？

研究小组使用钻石光源纳米科学光束线和光发射电子显微镜（PEEM）。它可分辨纳米尺度的物质结构，兼具高空间分辨率和高通量密度。实验利用PEEM和偏振软X射线分辨直径小于20nm的纳米颗粒。

设定目标后要做的就是找到合适的磁铁，候选材料再次让人意外——普通的铁锈。氧化铁（Fe2O3）是铁锈的主要成分。每个铁原子都像一个小罗盘，但这种特殊形式的Fe2O3具有的不是普通意义上的磁性。它不会吸引磁铁，也不会被其他磁铁吸引，它是一种反铁磁体，一半指向“北方”，另一半指向“南方”。

两年前，Radaelli教授的研究小组在威斯康星大学麦迪逊分校生产的样品上发现了Fe2O3中相当于宇宙弦的磁性等价物，并用X射线显微镜对它们成像。这些被称为“半子”（merons）的微小物体是磁涡旋。在发表的论文中，利用类似“大爆炸冷却”的数学概念找到能创造和摧毁半子的关键。

该团队认为，未来有望使用铁锈制造超高效计算机。这是因为，尽管含有半子和双半子（bimerons）的Fe2O3结构非常简单，但已经包含所有的成分，能通过极薄的金属“外衣”中流动微小的电流快速有效地操纵比特。事实上，该研究小组表示，实时控制和观察半子与双半子运动是未来X射线显微镜实验的目标，目前该实验正处于计划阶段。

从基础研究转向应用研究意味着需要考虑成本和兼容性。虽然氧化铁原料丰富且价格低廉，但研究人员采用的制造技术非常复杂，需要原子级控制。研究小组对此持乐观态度，他们最近的一项研究证明，可从生长介质中“剥离”一层薄氧化物，将其贴在任何地方，并保证其性能基本不受影响。下一步他们将设计和制造基于“宇宙弦”的原理验证装置。