参考消息网11月3日报道 据美国《科学日报》网站10月27日报道，科学家开发出一种以光控制磁性的新方法，这项突破有望最终使数字数据存储速度更快、存储设备更紧凑、能效更高。

这项研究由美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的工程师完成，最近发表在英国《自然-通讯》上。

现代硬盘及其他存储系统依靠微小的磁性区域，把数字信息编码为1或0。写入新数据通常需要施加外部磁场，以改变这些区域的磁化方向。但这一过程能耗较高，并限制了信息写入速度。

该校研究小组展示了一种利用光改变磁化状态的新方法，这种技术被称为光开关（又称光磁翻转）技术。光能以极短脉冲传递能量，并可聚焦到极小的区域，从而有望以更少能量、更快地写入磁信息。据研究人员介绍，光开关的切换速度可比依赖外部磁场的传统方法快1000倍以上。

为此，工程师使用专用超快激光器，并仔细调整光束的形状和尺寸。研究人员称，新光束的尺寸比早期实验中使用的光束缩小了数十个数量级。

这种对光的精确控制也使在有限的空间内存储更多信息成为可能。通过将激光能量投射到更小的磁性区域，未来的存储设备有可能在不增加物理体积的情况下存储更多的数据。

这一研究报告的作者、圣迭戈分校电气与计算机工程系教授阿卜杜拉耶·恩道说：“光束尺寸越小，光学存储器的尺寸就越小，密度也就越高。”

在此之前，光开关技术存在两大关键局限。早期实验仅能在至多包含三层磁性层的极薄磁性结构上实现。该过程还需要使用具有特定偏振态的光，即电磁波必须按特定方向排列。

恩道说：“过去的实验发现，只要材料超过三层，光开关效应就会受到抑制。这限制了磁性材料的整体厚度，也就限制了材料长期保持存储信息的能力。”

这些局限性制约了光学存储器的应用潜力，此前该技术无法用于更厚的磁性结构，而更厚的磁性结构有利于长时间保存信息。

恩道和他的同事们通过仔细调整激光束的形态并缩小其尺寸，绕开了这两个障碍。

他们在一种厚得多的磁性结构上成功演示了光开关技术，该结构由九层铂和钴交替排布的薄膜构成。而且这一过程无需使用具有特定偏振态的光。

他们将激光能量汇聚到极小区域，并发射一连串超短脉冲。

最初几个脉冲短暂加热磁性材料的局部区域，使一小块区域发生磁化方向反转。后续脉冲逐步扩大反转区域，直至新的磁化状态稳定下来。

这种精心控制的脉冲顺序使研究人员能够以传统激光束无法实现的方式操控磁性。

恩道小组的博士生穆罕默德·哈立德说：“借助专用激光器，我们可以通过光学手段调控光束，使其具有特定形状和尺寸。这为我们提供了更多探索基础物理现象的空间，而常规激光束无法做到。”

尽管这一成果为未来存储技术的发展开辟了广阔前景，但要将光开关技术应用到日常电子设备中，仍存在不小的技术难题。

一个主要的挑战是，实验中使用的超快激光器很难集成到计算机芯片中。

研究人员正在探索其他可实现同类效果的方案，包括寻找能对更易集成到芯片中的激光系统作出响应的新型磁性材料。

他们还尝试把激光束尺寸进一步缩小到仅几百纳米。为实现这一目标，该团队正在研究能把光汇聚到越来越小区域的光学结构。

这些努力旨在弄清如何利用精确调控的光在极小尺度上操控磁性。如果剩余工程难题能够克服，这一方法有望催生新一代写入速度更快的紧凑型高密度存储器件。（编译/潘晓燕）