現(xiàn)代生活圍繞著數(shù)據(jù)，這意味著我們需要新的、快速的、節(jié)能的方法來讀寫存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)。隨著磁性材料全光開關(guān)（AOS）技術(shù)的發(fā)展，利用激光脈沖代替磁體寫入數(shù)據(jù)的光學(xué)方法在過去十年中受到了相當(dāng)多的關(guān)注。雖然快速和節(jié)能，但AOS在精確度方面存在問題。荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種新的方法，利用鐵磁性材料作為參考，用激光脈沖將數(shù)據(jù)精確寫入鈷釓（Co／Gd）層。他們的研究發(fā)表在《自然通訊》上。

硬盤驅(qū)動(dòng)器和其他設(shè)備中的磁性材料以計(jì)算機(jī)位的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)是通過在材料上移動(dòng)一個(gè)小磁鐵來讀取和寫入硬盤的。然而，隨著對數(shù)據(jù)生產(chǎn)、消費(fèi)、訪問和存儲(chǔ)的需求不斷增加，人們對更快、更節(jié)能的訪問、存儲(chǔ)和記錄數(shù)據(jù)的方法有了相當(dāng)大的需求。

磁性材料的全光開關(guān)（AOS）在速度和能源效率方面是一個(gè)很有前途的方法。全光開關(guān)利用飛秒激光脈沖在皮秒尺度上改變磁旋的方向。兩種機(jī)制可用于寫入數(shù)據(jù)：多脈沖和單脈沖的切換開關(guān)。在多脈沖開關(guān)中，自旋的最終方向是確定性的，這意味著它可以預(yù)先由光的偏振決定。然而，這種機(jī)制通常需要多個(gè)激光，這就降低了寫入的速度和效率。

另一方面，單脈沖寫入速度會(huì)快得多，但對單脈沖全光開關(guān)的研究表明，單脈沖切換是一個(gè)滑動(dòng)過程。這意味著要改變特定磁性位的狀態(tài)，需要對位的先驗(yàn)知識(shí)。換句話說，BIT的狀態(tài)必須先被讀取，然后才能被覆蓋，這就給寫入過程引入了一個(gè)讀取階段，從而限制了速度。

一個(gè)更好的方法是確定性的單脈沖全光開關(guān)方法，其中位的最終方向只取決于用來設(shè)置和重置位的過程。目前，埃因霍芬理工大學(xué)應(yīng)用物理系納米結(jié)構(gòu)組的研究人員已經(jīng)研發(fā)出一種在磁存儲(chǔ)材料中實(shí)現(xiàn)確定性單脈沖寫入的新方法，使寫入過程更加精確。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，埃因霍芬理工大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)由三層組成的書寫系統(tǒng)－－一個(gè)由鈷和鎳制成的鐵磁參考層，它有助于或防止自由層中的自旋開關(guān)，一個(gè)導(dǎo)電銅（Cu）間隔層或間隙層，以及一個(gè)光學(xué)可切換的Co／Gd自由層。復(fù)合層厚度小于15 nm。

一旦被飛秒激光激發(fā)，參考層在不到1皮秒的時(shí)間內(nèi)消磁。參考層中與自旋相關(guān)的一些失去的角動(dòng)量隨后被轉(zhuǎn)換成電子攜帶的自旋電流。電流中的自旋與參考層中的自旋方向一致。

這個(gè)自旋電流然后從參考層通過銅間隔層（見圖中的白色箭頭）移動(dòng)到自由層，在那里它可以幫助或阻止自由層的自旋切換。這取決于參考層和自由層的相對自旋方向。

改變激光能量會(huì)導(dǎo)致兩種狀態(tài)。首先，在一個(gè)閾值以上，自由層中的最終自旋方向完全由參考層決定；其次，在一個(gè)更高的閾值以上，觀察到開關(guān)切換。研究人員已經(jīng)證明，這兩種機(jī)制一起可以用于精確書寫自由層的自旋狀態(tài)，而不需要在書寫過程中考慮其初始狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)為我們未來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的擴(kuò)展提供了一個(gè)重要的進(jìn)展。