科研團(tuán)隊(duì)使用光操控反鐵磁材料實(shí)現(xiàn)磁態(tài)轉(zhuǎn)換

據(jù)最新一期《自然》雜志，美國(guó)麻省理工學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)僅使用光就在反鐵磁材料中實(shí)現(xiàn)了磁態(tài)轉(zhuǎn)換，創(chuàng)造出一種新型且持久的磁態(tài)。這一技術(shù)為研究人員提供了控制磁性的強(qiáng)大工具，有助于設(shè)計(jì)更快、更小、更節(jié)能的內(nèi)存芯片。

反鐵磁體由自旋方向交替的原子組成，每個(gè)原子的自旋方向都與其相鄰原子的自旋方向相反。這種上、下、上、下的順序基本抵消了自旋，使反鐵磁體總磁化強(qiáng)度為零，從而不受任何磁力影響。

如果能用反鐵磁材料制成內(nèi)存芯片，就可將數(shù)據(jù)“寫(xiě)入”材料的微觀區(qū)域，即磁疇。在給定磁疇中，自旋方向的某種配置（例如，上—下）代表經(jīng)典的比特“0”，而另一種配置（下—上）則代表“1”。在這樣的芯片上寫(xiě)入數(shù)據(jù)，能抵御外部磁場(chǎng)的干擾。

由于磁疇的穩(wěn)定性，反鐵磁體可整合到未來(lái)的內(nèi)存芯片中，使這些芯片能耗更少、占用空間更小，同時(shí)存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)更多。然而，將反鐵磁材料應(yīng)用于存儲(chǔ)技術(shù)的一個(gè)主要障礙在于，如何以可靠方式控制反鐵磁體，使其從一種磁態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種磁態(tài)。

此次，團(tuán)隊(duì)使用太赫茲激光器直接刺激反鐵磁材料中的原子。激光器的振蕩頻率被調(diào)至與材料原子間的自然振動(dòng)相匹配，從而改變?cè)�子自旋的平衡，使其向一種新的磁態(tài)轉(zhuǎn)變。

所用材料為FePS3——一種在臨界溫度（約118K）時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁相的材料。他們將合成的FePS3樣品置于真空室中，冷卻至118K及以下溫度。然后，他們讓一束近紅外光穿過(guò)有機(jī)晶體，將光轉(zhuǎn)換為太赫茲頻率，從而產(chǎn)生太赫茲脈沖。之后，他們將這束太赫茲光對(duì)準(zhǔn)樣品。

在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)觀察到，太赫茲脈沖成功地將原本為反鐵磁性的材料切換到了一個(gè)新的磁態(tài)。這一轉(zhuǎn)變出乎意料地持久，甚至在激光關(guān)閉后仍能持續(xù)數(shù)毫秒。