超快纳米磁学中的极端稳定性或实现更快数据存储
超快纳米磁学中的极端稳定性或实现更快数据存储
研究人员首次绘制出磁性纳米结构边界在极短时间尺度上的行为图谱。荷兰拉德堡德大学物理学家Johan Mentink的研究表明，这些边界的稳定性远超先前预期。这一见解将有助于未来超快速、紧凑型数据存储的发展。近日，这项研究发表于《自然—材料》。
论文配图 图源：《自然—材料》
每块磁体都由称为自旋的微小磁体组成。当一种材料具有磁性时，这些自旋都指向同一方向。利用超短激光脉冲，磁性材料中的自旋可以在极短时间内改变方向。这种所谓的超快纳米磁学对于硬盘驱动器等应用至关重要，硬盘驱动器中利用磁性比特存储信息。为了实现更快速、更小型化的存储，精确理解纳米尺度上发生的现象至关重要。
Mentink及其同事利用一种能够追踪到纳米和飞秒尺度过程的新型成像技术，研究了磁畴边界的行为。多个指向同一方向的自旋形成一个磁畴。
要理解这些结构的行为，需要一种同时具备极端空间分辨率和超快时间精度的测量技术。利用这种采用极紫外光的新型成像技术，研究团队首次能够追踪到激光脉冲击中磁性材料的精确时刻磁畴壁所发生的变化。
研究表明，这些磁畴壁的稳定性远超先前预期。即使材料被激光脉冲强烈加热并部分失去磁性，磁畴壁仍保持在原位，形状几乎不变。这证实了一个重要的理论见解：磁畴不会在材料中快速移动。“在短时间尺度上，这根本不可能发生。”Mentink说。“这些磁畴的移动速度是有限的。”
磁畴壁在激光影响下能保持如此稳定的现象此前未被观察到过Mentink解释说：“这告诉我们，激光的能量作用非常局域。因此，磁畴结构得以保持完整。”
当使用更强大的激光时，另一种现象开始发生：由于纳米尺度上的随机过程，材料中的微小区域会随机翻转。磁畴边界基本保持完整，但在随机位置会出现小的磁畴。“单个强脉冲实际上会产生一种上下取向随机混合的磁畴结构。”Mentink解释说。“只有通过使用多个脉冲，它们才能合并成一个大的磁畴。”
这意味着退磁主要发生在局域层面，而不是通过磁畴边界在材料中的快速移动来实现。这一见解对于研究人员了解控制磁性的方式具有重要意义，最终将实现更好、更快、更高效的数据存储。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02583-w