光子技術研究院海外英才創新團隊在全光磁存儲研究方面取得重要進展

發布單位:機構人員彙總 [2021-01-08 00:00:00] 打印此信息

近日,我校光子技術研究院海外英才創新團隊在全光磁存儲研究方面取得重要進展。其最新研究成果“Dual-shot dynamics and ultimate frequency of all-optical magnetic recording on GdFeCo”在Light: Science & Applications期刊(IF=13.78)发表。我校光子技术研究院李向平研究员、荷兰奈梅亨大学Alexey V. Kimel教授为该论文共同通讯作者, 我校光子技术研究院王思聪副研究员为第一作者。

磁存儲是熱數據存儲的重要存儲方式,其靈活的可擦寫性爲數據的頻繁快速訪問與刷新提供了必要條件。在傳統高密度磁存儲技術中,人們利用外加垂直磁場來實現對磁材料磁化單元的垂直反轉控制。然而,在外界磁場的作用下,磁材料的電子自旋是以進動的形式來完成反轉過程,其特征時間爲幾個納秒,極大程度地限制了磁反轉的速率。全光磁反轉的發現爲實現超快磁反轉提供了有效的可行途徑。在無任何外加磁場的條件下,僅利用飛秒超短激光脈沖作爲激發源,亞鐵磁材料GdFeCo便可實現磁反轉,且其反轉時間可縮短至100ps以內,即磁反轉速率提升了一個數量級。

然而,在諸多實際應用中,人們需對熱數據進行頻繁快速地訪問與刷新。盡管全光磁反轉能夠極大程度地縮短反轉時間,但其能夠實現的最大數據刷新頻率仍然未知。另一方面,光學衍射極限嚴重制約了聚焦光斑的空間尺寸,亦即制約了光磁記錄點的空間尺寸,因而限制了磁存儲密度的進一步提升。

(图1 基于时空光场调控的双泵浦时间分辨全光磁记录技术)

图源:Light: Science & Applications 10, 8 (2021)

在該工作中,研究團隊利用基于時空光場調控的雙泵浦時間分辨全光磁記錄技術(如圖1所示)在Gd27Fe63.87Co9.13材料中實現了重複率極限(即記錄數據的最高刷寫頻率)高達3GHz的全光磁往複反轉,相當于基于外加磁場的傳統磁存儲數據刷新頻率的三倍以上。進一步,通過精密控制兩泵浦脈沖間的時間延遲、能量比與空間位移,實現了亞納秒時間尺度內的超快、超越衍射極限限制的全光磁記錄,將光磁記錄尺寸從0.5λ/NA壓縮至0.1λ/NA(NA爲聚焦透鏡的數值孔徑),如圖2所示。

(图2 基于双泵浦飞秒激光脉冲激发的超分辨全光磁记录结果)

图源:Light: Science & Applications 10, 8 (2021)

當今,人們對數據存儲器件的信息處理速率和高集成度小型化的要求日益提高。基于時空光場調控的雙泵浦超分辨全光磁記錄技術,一方面可以大幅壓縮磁記錄單元的橫向尺寸,提升器件的集成度;另一方面還能夠實現GHz量級的高重複率數據刷寫。這將爲超快、超高重複率、超高密度磁存儲器件的實現奠定堅實的基礎。

该研究工作得到了国家重点研发计划(项目编号:2018YFB1107200),国家自然科学基金(项目编号:61975066; 11604123)、广东省创新创业团队项目(项目编号:2016ZT06D081)的支持。

作者简介:王思聪博士,主要从事矢量光场调控与全光磁存储等方面的研究工作。在Light: Science & Applications, Optics Letters,Applied Physics Letters, Optics Express等期刊上共发表论文20余篇。入选“暨南双百英才计划”暨南杰青第二层次。目前主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、广东省自然科学基金面上项目等科研项目5项。

原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41377-020-00451-z

(光子技術研究院)

責編:杜明燦