导读

日本东北大学研究人员开发出的最新计算机仿真模型显示：使用超高速激光脉冲，激发磁性材料中的电子，使之切换到瞬态无磁性状态，从而减少操控材料磁性的时间，改善磁存储和信息处理技术。

背景

铁磁性，是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。

（图片来源：维基百科）

反铁磁性，与铁磁性一样，其微小磁矩在磁畴内排列整齐。所不同的是，在反铁磁性材料中，反平行排列相互对立。温度愈低，其内部的这种排列愈紧。但温度上升到奈尔温度以上时，其相对磁导率略大于1，并随温度升高而增加，超过这一温度后该物质变成顺磁材料。

（图片来源：维基百科）

在磁存储器件中，存储“比特位”或者二进制数字信息，需要在铁磁性和反铁磁性之间，切换材料中的磁性。

在铁磁性状态中，在材料中，电子相互之间平行排列地自旋着，并且向着同一个方向自旋，让它们和材料具有磁性。

在反铁磁性状态下，电子之间也是相互平行排列地自旋着，但是邻近的电子会向相反的方向自旋，抵消了相互之间的影响，让它们和材料处于非磁性状态。

创新

日本东北大学研究人员开发出的最新计算机仿真模型显示：使用超高速激光脉冲激发磁性材料中的电子，使之切换到瞬态无磁性状态，从而减少操控材料磁性的时间，改善磁存储和信息处理技术。

研究人员将这项研究的论文发表于《物理评论快报》杂志。

（图片来源：Sumio Ishihara）

技术

研究人员一直在研发一些方法，使用超高速激光器控制这个过程，从而让存储装置更快速。激光脉冲越短，反转得越快。

日本东北大学的物理学家 Atsushi Ono 和 Sumio Ishihara 开发出一个计算机方案，可以为电子、它们之间的自旋交互、它们对激光的反应进行建模。

他们发现，将铁磁性材料中的电子暴露于连续的激光照射下，让它们受激发，引起电子之间的交互，从而导致出现反铁磁性状态。采用超高速光脉冲也会导致从铁磁性状态向瞬态反铁磁性状态切换，然后又恢复铁磁性。当研究人员采用超高速激光脉冲后，又采用了一个连续激光脉冲，电子又转化为反铁磁性状态，然后这个状态会通过连续光来保持。当连续光消失后，会引起反铁磁性状态逐渐消失。

下一步将需要物理实验测试该预测模型。在研究论文中，科研人员表示：实验配置对于确定目前的提案来说不可或缺。Ono 和 Ishihara 表示，钙钛矿锰氧化物和层状锰氧化物可以作为测试他们模型的候选材料。他们也建议采用一系列的技术，例如磁性X射线衍射和光电子发射光谱学，用于观察瞬态反铁磁性状态。

价值

理解这些交互以及自旋反转的基本局限性，对于未来研发磁存储设备来说很有必要，将为我们带来更加快速高效的磁存储设备。

关键字

存储技术、磁性、电子

参考资料

【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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