加州大学圣地亚哥分校用结构光切换材料中的磁信息

借助超快激光产生的特殊设计光束，加州大学圣地亚哥分校的工程师展示了一种无需外加磁场即可切换材料中磁信息的新方法。[图片：David Baillot，加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工学院]

在不断改进数据存储的探索中，全光切换可能比传统外加磁场切换更快、更节能。然而，磁性材料厚度的限制和精确的偏振要求，制约了该方法的实用化。

现在，美国一所大学的研究人员展示了如何利用整形并聚焦的光束，在无外加磁场的情况下控制多层材料中的磁比特（Nat. Commun., doi:10.1038/s41467-026-77572-3）。这项工作有望催生比磁性开关快三个数量级以上的光开关。

光束整形

电气工程教授 Abdoulaye Ndao 及其在加州大学圣地亚哥分校的同事，将高数值孔径光学与结构光照明相结合，产生了圆偏振矢量光束。这类光束保留光的横向偏振分量，同时抑制实验系统焦点处的纵向分量。它们还将光聚焦到更小的光斑尺寸，从而向磁性材料输送更高的单位面积能量。

一个专门设计的光学系统（前景）对来自飞秒激光（左）的光进行缩束、整形和汇聚，以在磁性材料中实现光切换。加州大学圣地亚哥分校博士生 Koffi Sadzi（左）和 Muhammad Waleed Khalid（右）正在调整实验用的光学装置。[图片：David Baillot，加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工学院]

光路始于一台 Ti:sapphire 激光器，产生波长 800 nm、脉宽 120-fs 的脉冲。一个光阑收窄光束，随后光束通过包括半波片、偏振器、S 波片和涡旋相位板在内的光学元件，以构造圆偏振。两面反射镜将矢量光束与 LED 照明合束，之后物镜将光聚焦到目标材料上。

对于磁性材料，Ndao 团队制备了由铂和钴交替薄层构成的叠层结构，以玻璃基板为支撑。最多九层都能良好工作，而此前未采用圆偏振矢量光束的尝试仅限于三层材料。

将光汇聚到 1.92 至 0.96 μm 的小光斑上，使材料升温，从而改变其电学状态。当光斑尺寸小于约 1.36 μm 时，磁翻转不再依赖于偏振的手性。

未来展望

Ndao 在一份声明中说：“我们没有设计新材料来实现光切换，而是重新设计了光本身，并展示了此前被认为不可能实现的新特性。”

未来的研究可能包括：测试其他材料对整形光的响应；将光束宽度收窄至几百纳米的光斑；以及尝试其他更适合集成到光电子存储器件中的脉冲激光器。