Запись магнитных данных с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов 15.10.2026

Системы хранения данных постоянно сталкиваются с необходимостью одновременно увеличивать скорость записи, плотность информации и энергоэффективность. Один из возможных путей решения этой задачи связан с использованием света для управления магнитными состояниями материала. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, в котором специально сформированные лазерные импульсы позволяют изменять направление намагниченности, открывая перспективу создания более быстрых и компактных магнитных устройств памяти.

Главное отличие нового подхода заключается в том, что исследователи управляют не составом магнитного материала, а характеристиками самого лазерного излучения. Ультрабыстрый лазер концентрирует энергию на микроскопическом участке поверхности. Когда диаметр светового пятна становится меньше 1,36 мкм, специалистам удается переключать направление намагниченности независимо от спиральности света, то есть направления вращения его поляризации. Это позволяет отказаться от одного из ограничений, характерных для некоторых предыдущих методов оптического управления магнитными состояниями.

Эксперименты проводились с необычной многослойной структурой, состоящей из девяти чередующихся слоев платины и кобальта. Для этой системы удалось продемонстрировать оптическое переключение магнитного состояния, несмотря на значительно большую толщину магнитной структуры. Ранее аналогичный эффект удавалось получать только в конструкциях, содержавших до трех магнитных слоев, тогда как дальнейшее увеличение толщины приводило к исчезновению требуемого эффекта.

Сам процесс переключения происходит постепенно и требует не одного, а последовательности лазерных импульсов. Первый импульс локально нагревает материал и формирует небольшой участок с противоположным направлением намагниченности. Затем последующие импульсы увеличивают эту область, пока она не распространится достаточно далеко для перехода всей магнитной структуры в новое устойчивое состояние. Таким образом, свет не просто мгновенно меняет магнитное состояние, а последовательно инициирует и расширяет область с другой ориентацией магнитных моментов.

Важную роль в эксперименте играет возможность изменять геометрию светового пятна. Разработчики могут контролировать его форму и размер, регулируя тем самым локальный нагрев и силы, воздействующие на магнитную структуру. Это имеет непосредственное значение для миниатюризации памяти: чем меньше область, на которую можно воздействовать лазером, тем меньше потенциально может быть отдельный записываемый бит информации.

Особенно интересным результатом специалисты считают скорость нового метода. По оценке авторов работы, оптическое переключение способно оказаться более чем в тысячу раз быстрее технологий, в которых для изменения магнитного состояния используется внешнее магнитное поле. Если эту характеристику удастся реализовать в практических устройствах, лазерное управление может стать основой для значительно более быстрого процесса записи данных.

Перспективность разработки связана также с возможностью дальнейшего уменьшения размера области воздействия. Исследователи предполагают, что при сокращении светового пятна до нескольких сотен нанометров станет возможным создавать значительно более плотные структуры хранения информации. При этом уменьшение размеров не должно ограничиваться исключительно повышением плотности: более точное управление локальным нагревом потенциально позволит эффективнее использовать энергию при записи.