物理学家发现了一种在磁铁中创建自旋模式的更快方法。这个捷径开启了拓扑研究的新篇章。这一发现还提供了一种额外的方法来实现更高效的磁数据存储。该研究将于 10 月 5 日发表在Nature Materials 上。

物理学家之前已经证明，激光可以产生磁自旋模式。现在，他们发现了一种新途径，可以在不到 300 皮秒内更快地完成这项工作(皮秒是百万分之一秒的百万分之一)。这比以前认为的要快得多。

磁铁由许多小磁铁组成，称为自旋。通常，所有的自旋都指向同一个方向，这决定了磁铁的北极和南极。但是自旋的方向有时会形成涡旋状结构，称为斯格明子。

“这些磁铁中的斯格明子可以用作一种新型的数据存储，”拉德堡德大学的物理学家 Johan Mentink 解释说。多年来，Radboud 的科学家一直在寻找用激光控制磁性的最佳方法，并最终将其用于更有效的数据存储。在这种技术中，非常短的光脉冲被发射到磁性材料上。这会反转材料中的磁自旋，使材料从 0 变为 1。

“一旦磁自旋呈现斯格明子的涡旋形状，这种配置就很难抹去，”曼廷克说。“此外，这些斯格明子的大小只有几纳米(一米的十亿分之一)，因此您可以在非常小的材料上存储大量数据。”

捷径

磁铁中这两种状态之间的相变(所有自旋都指向一个方向指向斯格明子)类似于高山上的道路。研究人员发现，您可以通过激光脉冲非常快速地加热材料，从而走捷径穿越山峰。因此，相变的阈值在很短的时间内变低。

这种新方法的一个显着方面是材料首先进入一个非常混乱的状态，在这种状态下，拓扑结构——可以看作是材料中的斯格明子的数量——波动很大。研究人员通过将位于汉堡的欧洲自由电子激光器产生的 X 射线与极其先进的电子显微镜和自旋动力学模拟相结合，发现了这种方法。“因此，这项研究涉及巨大的团队努力，”Mentink 说。

新的可能性

这一基本发现开启了拓扑研究的新篇章。Mentink 预计，现在会有更多的科学家开始寻找类似的方法来在其他材料中“走捷径”。

这一发现还为创建更快、更高效的数据存储提供了新的方法。例如，由于云中的海量数据存储需要庞大且耗能的数据中心，因此对此的需求日益增加。磁性斯格明子可以为这个问题提供解决方案。由于它们非常小并且可以用光快速创建，因此可以在一个小区域内非常快速有效地存储大量信息。