存儲技術最新突破：採用超高速激光脈衝控制磁性切換！

導讀

日本東北大學研究人員開發出的最新計算機模擬模型顯示：使用超高速激光脈衝，激發磁性材料中的電子，使之切換到瞬態無磁性狀態，從而減少操控材料磁性的時間，改善磁存儲和信息處理技術。

背景

鐵磁性，是指物質中相鄰原子或離子的磁矩由於它們的相互作用而在某些區域中大致按同一方向排列，當所施加的磁場強度增大時，這些區域的合磁矩定向排列程度會隨之增加到某一極限值的現象。

（圖片來源：維基百科）

反鐵磁性，與鐵磁性一樣，其微小磁矩在磁疇內排列整齊。所不同的是，在反鐵磁性材料中，反平行排列相互對立。溫度愈低，其內部的這種排列愈緊。但溫度上升到奈爾溫度以上時，其相對磁導率略大於1，並隨溫度升高而增加，超過這一溫度後該物質變成順磁材料。

（圖片來源：維基百科）

在磁存儲器件中，存儲「比特位」或者二進位數字信息，需要在鐵磁性和反鐵磁性之間，切換材料中的磁性。

在鐵磁性狀態中，在材料中，電子相互之間平行排列地自旋著，並且向著同一個方向自旋，讓它們和材料具有磁性。

在反鐵磁性狀態下，電子之間也是相互平行排列地自旋著，但是鄰近的電子會向相反的方向自旋，抵消了相互之間的影響，讓它們和材料處於非磁性狀態。

創新

日本東北大學研究人員開發出的最新計算機模擬模型顯示：使用超高速激光脈衝激發磁性材料中的電子，使之切換到瞬態無磁性狀態，從而減少操控材料磁性的時間，改善磁存儲和信息處理技術。

研究人員將這項研究的論文發表於《物理評論快報》雜誌。

（圖片來源：Sumio Ishihara）

技術

研究人員一直在研發一些方法，使用超高速激光器控制這個過程，從而讓存儲裝置更快速。激光脈衝越短，反轉得越快。

日本東北大學的物理學家 Atsushi Ono 和 Sumio Ishihara 開發出一個計算機方案，可以為電子、它們之間的自旋交互、它們對激光的反應進行建模。

他們發現，將鐵磁性材料中的電子暴露於連續的激光照射下，讓它們受激發，引起電子之間的交互，從而導致出現反鐵磁性狀態。採用超高速光脈衝也會導致從鐵磁性狀態向瞬態反鐵磁性狀態切換，然後又恢復鐵磁性。當研究人員採用超高速激光脈衝後，又採用了一個連續激光脈衝，電子又轉化為反鐵磁性狀態，然後這個狀態會通過連續光來保持。當連續光消失後，會引起反鐵磁性狀態逐漸消失。

下一步將需要物理實驗測試該預測模型。在研究論文中，科研人員表示：實驗配置對於確定目前的提案來說不可或缺。Ono 和 Ishihara 表示，鈣鈦礦錳氧化物和層狀錳氧化物可以作為測試他們模型的候選材料。他們也建議採用一系列的技術，例如磁性X射線衍射和光電子發射光譜學，用於觀察瞬態反鐵磁性狀態。

價值

理解這些交互以及自旋反轉的基本局限性，對於未來研發磁存儲設備來說很有必要，將為我們帶來更加快速高效的磁存儲設備。

關鍵字

存儲技術、磁性、電子

參考資料

【1】https://www.tohoku.ac.jp/en/press/controlling_spin_for_memory_storage.html

【2】Atsushi Ono, Sumio Ishihara. Double-Exchange Interaction in
Optically Induced Nonequilibrium State: A Conversion from Ferromagnetic
to Antiferromagnetic Structure. Physical Review Letters, 2017; 119 (20) DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.207202

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