埃因霍温理工大学的巴里·菲茨杰拉德 现代生活以数据为中心，这意味着我们需要新的、快速且节能的方法在存储设备上读写数据
在过去十年中，随着磁性材料的全光开关(AOS)的发展，基于光学的方法(使用激光脉冲代替磁体来写入数据)已经受到了相当大的关注
虽然速度快且节能，但AOS在精度方面存在问题
埃因霍温理工大学的研究人员设计了一种新方法，利用铁磁性材料作为参考，通过激光脉冲将数据准确写入钴钆层，以帮助写入过程
他们的研究发表在《自然通讯》上
硬盘和其他设备中的磁性材料将数据存储为计算机位，即
e
0和1，在向上或向下取向的磁性自旋中
传统上，通过在材料上移动小磁铁来读取和写入数据
然而，随着对数据生产、消费、访问和存储的需求不断增加，对更快、更节能的方法来访问、存储和记录数据的需求也相当大
确定性单脉冲AOS的需求 就速度和能量效率而言，磁性材料的全光开关(AOS)是一种有前途的方法
AOS利用飞秒激光脉冲在皮秒级上改变磁性自旋的方向
可以使用两种机制来写入数据:多脉冲和单脉冲切换
在多脉冲开关中，自旋的最终方向(即
e，向上或向下)是确定性的，这意味着它可以由光的偏振提前确定
然而，这种机制通常需要多个激光器，这降低了写入的速度和效率
另一方面，单脉冲写入要快得多，但对单脉冲AOS的研究表明，切换是一个切换过程
这意味着要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，必须先读取该位的状态，然后才能对其进行重写，这会给写入过程带来读取阶段，从而限制了速度
更好的方法是确定性单脉冲AOS方法，其中比特的最终方向仅取决于用于设置和重置比特的过程
现在，德州大学应用物理系纳米结构物理学组的研究人员展示了一种新的方法，可以在磁存储材料中实现确定性单脉冲写入，使写入过程更加精确
参考层和间隔层的重要性 在他们的实验中，TU/ e的研究人员设计了一个由三层组成的写入系统——一个由钴和镍制成的铁磁参考层，用于帮助或防止自由层中的自旋转换，一个导电的铜(Cu)间隔层或间隙层，以及一个光学可转换的钴/钆自由层
组合层的厚度小于15纳米
一旦被飞秒激光激发，参考层在不到一皮秒的时间内退磁
与参考层中的自旋相关联的一些损失的角动量然后被转换成由电子携带的自旋电流
电流中的自旋与参考层中的自旋方向对齐
该自旋电流然后从参考层通过铜间隔层(见图中的白色箭头)移动到自由层，在那里它可以帮助或防止自由层中的自旋转换
这取决于参考层和自由层的相对自旋方向
改变激光能量导致两种状态
首先，在一个阈值以上，自由层中的最终自旋取向完全由参考层决定，其次，在更高的阈值以上，观察到翻转切换
研究人员已经表明，这两种机制可以一起用于自由层中自旋状态的精确写入，而无需考虑写入过程中的初始状态
这一发现为增强我们未来的数据存储设备提供了重要的进展
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