现代生活围绕数据展开，这意味着我们需要新的、快速且节能的方法来读取和写入存储设备上的数据。在过去十年中，随着磁性材料全光开关 (AOS) 的发展，使用激光脉冲而不是磁体来写入数据的基于光学的方法受到了相当多的关注。虽然快速且节能，但 AOS 存在精度问题。埃因霍温科技大学的研究人员设计了一种新方法，使用铁磁材料作为参考，通过激光脉冲将数据准确写入钴钆 (Co/Gd) 层，以帮助写入过程。他们的研究发表在《自然通讯》上。

硬盘驱动器和其他设备中的磁性材料将数据存储为计算机位，即 0 和 1，磁性自旋向上或向下。传统上，数据是通过在材料上移动一个小磁铁来读取和写入硬盘驱动器的。然而，随着对数据生产、消费、访问和存储的需求不断增加，对更快、更节能的方法来访问、存储和记录数据的需求越来越大。

对确定性单脉冲 AOS 的需求

磁性材料的全光开关 (AOS) 在速度和能源效率方面是一种很有前途的方法。 AOS 使用飞秒激光脉冲在皮秒级切换磁自旋的方向。可以使用两种机制来写入数据：多脉冲和单脉冲切换。在多脉冲切换中，自旋的最终方向（即向上或向下）是确定性的，这意味着它可以通过光的偏振提前确定。然而，这种机制通常需要多个激光器，这会降低写入的速度和效率。

另一方面，用于写入的单个脉冲会快得多，但对单脉冲 AOS 的研究表明，切换是一个触发过程。这意味着要改变特定磁性钻头的状态，需要钻头的先验知识。换句话说，必须先读取位的状态，然后才能覆盖它，这在写入过程中引入了读取阶段，从而限制了速度。

更好的方法是确定性单脉冲 AOS 方法，其中位的最终方向仅取决于用于设置和重置位的过程。现在，TU/e 应用物理系纳米结构物理组的研究人员展示了一种新方法，可以在磁存储材料中实现确定性单脉冲写入，从而使写入过程更加准确。

参考层和间隔层的重要性

在他们的实验中，TU/e 研究人员设计了一个由三层组成的写入系统——由钴和镍制成的铁磁参考层，有助于或防止自由层中的自旋切换，导电铜 (Cu) 间隔层或间隙层，以及光可切换的 Co/Gd 自由层。组合层的厚度小于15nm。

一旦被飞秒激光激发，参考层就会在不到皮秒的时间内退磁。与参考层中的自旋相关的一些丢失的角动量然后被转换成由电子携带的自旋电流。电流中的自旋与参考层中的自旋方向对齐。

该自旋电流然后从参考层通过 Cu 间隔层（见图像中的白色箭头）移动到自由层，在那里它可以帮助或阻止自由层中的自旋切换。这取决于参考层和自由层的相对自旋方向。

改变激光能量导致两种状态。首先，高于一个阈值，自由层中的最终自旋方向完全由参考层决定，其次，高于更高的阈值，观察到触发切换。研究人员已经表明，这两种机制可以一起用于精确写入自由层中的自旋状态，而无需考虑写入过程中的初始状态。这一发现为增强我们未来的数据存储设备提供了重要的进步。