几十年来，磁性数据存储一直基于使用磁场在代表 1 和 0 的状态之间翻转物质的小区域的简单想法。然而，磁场会消耗能量并限制这些位的更改速度。
现在，加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的工程师展示了一种不同的方法，使用专门设计的光来重写磁信息。
他们的实验表明，光学开关可以在比之前通过与螺旋性无关的磁化反转所证明的更厚的磁性材料中工作。这种方法最终有助于使磁存储器更快、更密集、更强大。
挑战在于磁化灯开关并不简单。之前的实验表明，光学开关只能在不超过三层的磁性堆栈中进行。
使材料变厚可以限制存储器的物理设计及其保留信息的能力，从而抑制这种效应。研究人员还必须使用特定的偏振光。
加州大学圣地亚哥分校团队没有寻找另一种可以克服这些限制的材料，而是转向了光。加州大学圣地亚哥分校首席研究员兼博士生穆罕默德·瓦利德·哈立德 (Muhammad Waleed Khalid) 表示：“我们对光进行了光学改造，以改变微米和纳米尺度材料中发生的物理现象。”
压缩和重建光
研究人员使用超快激光并对其光束进行整形，使其能量集中在一个非常小的区域。当聚焦光斑减小到小于 1.36 微米时，切换变得与螺旋度无关。
通过塑造光束，他们可以改变作用在材料上的局部加热和光学扭矩，从而改变其磁化对光的响应方式。
他们在由九个交替的铂和钴层制成的磁性材料上测试了该方法。这比之前实验中看到的三层极限要厚得多。
研究人员发现，该材料可以经历与螺旋性无关的磁化反转，克服了以前方法的主要限制。
磁性开关的工作原理
该切换是通过一系列超快激光脉冲完成的。第一个脉冲将足够的能量集中到一个小区域中，以加热该小区域并产生反向磁场。额外的脉冲导致过渡区域扩大，直到达到稳定状态。
“使用特殊的激光器使我们能够对光束进行光学设计，使其具有特定的形状和尺寸。这为我们提供了探索传统光束激光器无法做到的更基础物理的空间，”哈立德补充道。
研究人员预测，光开关最终将比使用外部磁场的方法快 1000 倍。此外，由于切换区域决定了紧密聚焦的光沉积能量的位置，因此缩小光束可以更密集地封装磁信息。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的高级研究员兼教授阿卜杜勒·恩达奥 (Abdule Ndao) 表示：“光束的尺寸越小，光学存储器就越小、密度也越高。”
异常结果不容易立即确定。该团队重复了这些实验，因为效果似乎与研究人员之前观察到的非常不同。
“我们看到的效果是如此新奇和不寻常，以至于我们很难让该领域的其他人相信我们的发现不是一次性的。我们花了很多时间和精力重复和验证我们的实验，以向光学界证明我们的工作，”哈立德说。
控制磁性的新方法
研究人员证明，仔细塑造光线可以改变材料的响应方式，而不是重新设计磁性材料来实现光学开关。
Ndao 指出：“我们没有创造一种新材料来实现光学开关，而是重新设计了光，并展示了以前认为不可能的新特性。”
然而，所提出的技术仍未用于商业存储设备。目前所需的专用超快激光器很难集成到计算机芯片中。
因此，研究人员正在探索能够与激光产生类似效果的磁性材料，更适合电子系统。
他们还希望使用光学结构将光束进一步压缩到几百纳米，将光线限制在更小的空间内。如果成功，它可以提供一种在比传统磁交换小得多的尺度上研究和控制磁性的方法。
该研究发表在期刊上 自然通讯。
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