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超快科学

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使用光控制铁磁畴

21 Aug 2014
点亮:用光控制磁性材料?

根据国际研究人员团队的最新研究,仅使用偏振光就可以控制多种磁性材料。出乎意料且迄今尚未解释的发现表明,以前认为仅在ferrimagnets中才可能发生的光学现象实际上更为普遍。这一发现可能会对数据存储产生重大影响,因为它可以使最新的硬盘驱动器中的光脉冲快速地切换磁性位。

从磁带到计算机硬盘驱动器,传统上是使用磁畴的顺序来实现可重写数据存储的。通过将特定域的磁化矢量设置为向上或向下,可以存储各个位。但是,随着现代计算机中数据处理变得越来越快,数据存储也需要加快速度。这给磁数据存储带来了实际和理论上的困难。

翻转的传统方式是施加磁场。但是,快速设置磁畴需要更强和更快的脉冲磁场,并且这些磁场很难在计算机中生成’的硬盘。此外,2004年,研究人员利用斯坦福线性加速器产生的磁场表明: 在不到2皮秒的时间内切换域所需的极限字段 导致材料磁性顺序的完全破坏,显然对磁性数据存储设置了最终速度限制。

快速切换

2006年 西奥·雷辛 荷兰奈梅亨的拉德布德大学的同事和他们的研究表明,铁质中磁畴的磁化–包含两种方向相反的磁畴的材料–可以通过圆偏振光控制。此控制可通过持续时间短至40的低功率激光脉冲来完成 飞秒。但是,尽管Rasing及其后来的研究人员使用的稀土Ferrimagnets在磁光驱动器中很流行,但由于它们易于磁化和消磁,因此并未用于计算机硬盘驱动器。因此,非常小的磁畴的磁性非常不稳定,从而限制了材料可以存储数据的密度。

但现在, Stéphane Mangin 法国洛林大学(University of Lorraine)的另一位科学家,美国,德国和日本的同事已经证明,在由钴,铂,镍和钯等材料制成的铁磁膜中也可以实现这种类型的光学转换。这些材料是硬盘开发人员非常感兴趣的,但是直到现在,大多数解释光学开关的理论都只适用于法拉曼酒。“在这里,我们确实表明事实并非如此–您可以使用各种类型的铁磁性或其他磁性材料来显示这种行为,”Mangin说,但警告他们仍然不知道这是怎么发生的。

研究人员测试了一系列铁磁薄膜,并选择了各种参数,例如相对厚度,不同材料的比例和层数,以确认其发现。该小组使用标准方法在法拉第显微镜下观察每个样品,该显微镜使用偏振光。在一个方向极化的畴显示为黑色,而在另一个方向极化的畴显示为白色。研究人员用100个辐照了样品 飞秒激光脉冲,发现它们能够切换域并向没有净极化的零件引入极化。

摇摇欲坠的物理学家

同时上升和 伯特·库普曼斯荷兰艾恩德霍芬技术大学的纳米磁性专家,对此感到惊讶。“它给我一种过山车的感觉,” says Koopmans. “这些[光交换]实验的解释多年来一直在变化。我以为我什么都懂了,这个实验使我完全困惑。”但是,两位研究人员都坚持认为,还需要做更多的工作来证明这项工作对硬盘驱动器有用。“在本文中,单脉冲没有结果–仅从累积的脉冲中” says Rasing. “因此,很难说是真的非常快的光学转换还是激光加热–虽然螺旋在这里显然很重要–已经证明了这一点。”Mangin和他的合作者目前正在对该技术进行理论解释和实际开发。

该研究发表在 科学.

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