利用激光完成超快速数据读写

现代生活是以数据为中心的，这意味着我们需要新的、快速和节能的方法来读写存储设备上的数据。随着由磁性材料制成的全光开关(AOS)的发展，使用激光脉冲代替磁体的基于光学的数据写入方法在过去十年中引起了相当大的关注。AOS虽然快速节能，但是精度有问题。现在，埃因霍温理工大学的科学家们设计了一种新方法：

　　激光脉冲用于将数据准确地写入Co-Gd层，铁磁材料用作参考以帮助写入过程。研究成果发表在期刊《自然通讯》上。硬盘和其他设备中的磁性材料以计算机位的形式存储数据，即0和1以向上或向下的磁自旋存储。传统上，数据是通过移动材料上的小磁铁读写到硬盘驱动器的。然而，随着对数据生产、消费、访问和存储的需求不断增加，对访问、存储和记录数据的更快和更节能的方法有相当大的需求。

　　对确定性的单脉冲需求

　　磁性全光开关(AOS)在速度和能量效率方面是一种有前途的方法。AOS使用飞秒激光脉冲在皮秒尺度上转换磁自旋的方向。可以使用两种机制来写入数据：多脉冲开关和单脉冲开关。在多脉冲切换中，自旋的最终方向(即向上或向下)是确定的，这意味着它可以通过光的偏振来预先确定。但是，这种机制通常需要多个激光器，这会降低写入速度和效率。另一方面，用于写入的单脉冲会快得多，但是对单脉冲AOS的研究表明，切换是一个触发过程。

　　这意味着为了改变特定磁性比特的状态，需要该比特的先验知识。换句话说，一个位的状态必须在被覆盖之前被读取，这将把读取阶段引入写入过程，从而限制了速度。更好的方法是确定性单脉冲AOS方法，其中位的最终方向仅取决于用于设置和重置位的过程。现在，来自埃因霍温工业大学应用物理系的纳米结构物理小组展示了一种新方法，可以在磁存储材料中实现确定性的单脉冲写入，使写入过程更加精确。参考层和间隔层的重要性

　　在实验中，研究人员设计了一个由三层组成的书写系统。由于铁磁参考层由钴和镍制成或防止自由层、导电铜(Cu)间隔层或间隙层以及光学可切换Co/Gd自由层中的自旋转换，结合层的厚度小于15 nm。一旦被飞秒激光激发，参考层会在不到一皮秒的时间内退磁。然后，与参考层中的自旋相关的一些损失的角动量被转换成由电子携带的自旋电流，并且电流自旋与参考层中的自旋方向对准。

然后，自旋电流从参考层通过Cu间隔层移动到自由层，在自由层，自旋电流可以帮助或阻止自由层中的自旋转换，这取决于参考层和自由层的相对旋转方向。改变激光能量将导致两种状态：第一，在阈值以上，自由层中的最终自旋取向完全由参考层决定；第二，在更高的阈值之上，观察到翻转切换。已经证明，这两个区域可以一起用于在写入过程中精确地写入自由层中的自旋状态，而不管其初始状态如何。这一发现是增强未来数据存储设备的重要一步。