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由激光写入的磁存储材料切换数据提速千倍

文章来源:华夏双创研究院 发布时间:2026-06-16 10:24:10

现有磁存储器通常依靠电流改变材料内部磁化方向来写入信息,虽然断电后仍可保存数据,但写入速度有限,而且电流产生的热量会增加能耗。随着AI和大型数据中心耗电量持续攀升,这些问题愈发突出。

为解决这一难题,研究团队将目光投向“全光磁翻转”技术,即利用光而非电流改变磁化方向。此前这种现象曾在亚铁磁材料中观察到,但由于这些材料读取性能较差,难以满足稳定数字存储的需求。广泛用于磁存储器的钴铁硼(CoFeB)合金具有优异的读出性能,却一直被认为不适合进行光控磁翻转。

于是,研究团队设计出一种由钴、钆和CoFeB层构成的人工亚铁磁结构,各层之间通过反铁磁交换耦合连接。他们利用原子尺度精确调控各层厚度并优化整体多层结构,实现了利用单个飞秒激光脉冲稳定、可重复地翻转磁状态,并验证了材料能够多次稳定完成写入和重写操作。

研究团队表示,与此前仅在模型材料中实现的光控磁翻转相比,此次在CoFeB体系中取得的突破具有更强的实际应用价值,因为该材料与现有磁隧道结技术高度兼容,更容易融入现有存储器架构。

研究过程中,团队借助日本第四代同步辐射光源设施NanoTerasu,利用X射线磁圆二色性光谱技术分析材料中的自旋排列和层间相互作用,从原子尺度揭示多层结构特征,为新材料设计提供了关键依据。

研究团队认为,这项成果的意义不仅限于实验室验证。更快、更节能的存储器有望缓解AI时代隐藏的一项重要成本,即数据中心和先进计算系统日益增长的电力需求。未来,这种材料还有望作为光电转换接口连接光互联与电子电路,推动光电子器件与电子芯片深度融合,并在未来十年内逐步实现实际应用。