現(xiàn)代生活圍繞著數(shù)據(jù)展開(kāi)，已經(jīng)離不開(kāi)數(shù)字信息，這意味著我們需要新的、快速且節(jié)能的方法來(lái)讀取和寫(xiě)入存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)。隨著磁性材料的全光開(kāi)關(guān)(AOS)發(fā)展，使用激光脈沖而不是磁鐵來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)基于光學(xué)的方法，在過(guò)去的十年中受到了相當(dāng)大的關(guān)注。雖然AOS速度快、能效高，但在精確度方面存在問(wèn)題?，F(xiàn)在埃因霍溫理工大學(xué)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種新方法：

利用激光脈沖將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地寫(xiě)入鈷-釓(Co/Gd)層，使用鐵磁材料作為參考，以幫助寫(xiě)入過(guò)程，其研究成果發(fā)表在《自然通訊》期刊上。硬盤驅(qū)動(dòng)器和其他設(shè)備中的磁性材料將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為計(jì)算機(jī)比特，即0和1，在向上或向下定向的磁自旋中。傳統(tǒng)上，通過(guò)在材料上移動(dòng)一個(gè)小磁鐵來(lái)從硬盤驅(qū)動(dòng)器讀取數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬盤驅(qū)動(dòng)器。然而，隨著對(duì)數(shù)據(jù)生產(chǎn)、消費(fèi)、訪問(wèn)和存儲(chǔ)的需求不斷增加，對(duì)訪問(wèn)、存儲(chǔ)和記錄數(shù)據(jù)的更快、更節(jié)能的方法有相當(dāng)大的需求。

對(duì)確定性的單脈沖需求

磁性材料的全光開(kāi)關(guān)(AOS)在速度和能源效率方面是一種很有前途的方法。AOS使用飛秒激光脈沖在皮秒尺度上切換磁自旋的方向?？梢允褂脙煞N機(jī)制來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)：多脈沖開(kāi)關(guān)和單脈沖開(kāi)關(guān)。在多脈沖切換中，自旋的最終方向(即向上或向下)是確定的，這意味著它可以預(yù)先由光的偏振來(lái)確定。但是，這種機(jī)制通常需要多個(gè)激光器，這會(huì)降低寫(xiě)入速度和效率。另一方面，用于寫(xiě)入的單脈沖會(huì)快得多，但對(duì)單脈沖AOS的研究表明，切換是一個(gè)觸發(fā)過(guò)程。

這意味著要改變特定磁比特的狀態(tài)，需要該比特的先驗(yàn)知識(shí)。換句話說(shuō)，必須先讀取位的狀態(tài)，然后才能覆蓋它，這會(huì)將讀取階段引入寫(xiě)入過(guò)程，從而限制速度。更好的方法將是確定性單脈沖AOS方法，其中位的最終方向僅取決于用于設(shè)置和重置位的過(guò)程?，F(xiàn)在，來(lái)自埃因霍溫理工大學(xué)應(yīng)用物理系納米結(jié)構(gòu)物理小組展示了一種新的方法，可以在磁存儲(chǔ)材料中實(shí)現(xiàn)確定性的單脈沖寫(xiě)入，使寫(xiě)入過(guò)程更加精確。

參考層和間隔層的重要性

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員設(shè)計(jì)了一種由三層組成的寫(xiě)入系統(tǒng)，由于鈷和鎳的制成或防止自由層中自旋轉(zhuǎn)換的鐵磁參考層，導(dǎo)電銅(Cu)間隔層或GaP層，以及可光學(xué)開(kāi)關(guān)的Co/Gd自由層，結(jié)合層的厚度小于15 nm。一旦被飛秒激光激發(fā)，參考層就會(huì)在不到一皮秒的時(shí)間內(nèi)退磁。然后，與參考層中自旋相關(guān)的一些丟失角動(dòng)量被轉(zhuǎn)換成由電子攜帶的自旋電流，當(dāng)前中的自旋與參考層中的自旋方向?qū)R。

然后，該自旋電流從參考層通過(guò)Cu間隔層移動(dòng)到自由層，在自由層中它可以幫助或阻止自由層中的自旋轉(zhuǎn)換，這取決于參考層和自由層的相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向。改變激光能量會(huì)導(dǎo)致兩種狀態(tài)：第一，在一個(gè)閾值以上，自由層中的最終自旋取向完全由參考層確定，第二，在較高閾值以上，觀察到翻轉(zhuǎn)切換。研究已經(jīng)證明，這兩個(gè)區(qū)域一起可以用于在寫(xiě)入過(guò)程中精確寫(xiě)入自由層中的自旋態(tài)，而無(wú)需考慮其初始狀態(tài)，這一發(fā)現(xiàn)為增強(qiáng)未來(lái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備邁進(jìn)了重要一步。

博科園｜研究/來(lái)自：埃因霍溫科技大學(xué)