據(jù)最新一期《應(yīng)用物理快報(bào)》報(bào)道，日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出可由激光直接寫入的新型磁性存儲材料，其數(shù)據(jù)切換速度可達(dá)傳統(tǒng)電流驅(qū)動(dòng)磁存儲器的約1000倍，有望用于未來AI芯片和高速信息系統(tǒng)，同時(shí)可降低數(shù)據(jù)中心能耗。

現(xiàn)有磁存儲器通常依靠電流改變材料內(nèi)部磁化方向來寫入信息，雖然斷電后仍可保存數(shù)據(jù)，但寫入速度有限，而且電流產(chǎn)生的熱量會(huì)增加能耗。隨著AI和大型數(shù)據(jù)中心耗電量持續(xù)攀升，這些問題愈發(fā)突出。

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)將目光投向“全光磁翻轉(zhuǎn)”技術(shù)，即利用光而非電流改變磁化方向。此前這種現(xiàn)象曾在亞鐵磁材料中觀察到，但由于這些材料讀取性能較差，難以滿足穩(wěn)定數(shù)字存儲的需求。廣泛用于磁存儲器的鈷鐵硼（CoFeB）合金具有優(yōu)異的讀出性能，卻一直被認(rèn)為不適合進(jìn)行光控磁翻轉(zhuǎn)。

于是，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種由鈷、釓和CoFeB層構(gòu)成的人工亞鐵磁結(jié)構(gòu)，各層之間通過反鐵磁交換耦合連接。他們利用原子尺度精確調(diào)控各層厚度并優(yōu)化整體多層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了利用單個(gè)飛秒激光脈沖穩(wěn)定、可重復(fù)地翻轉(zhuǎn)磁狀態(tài)，并驗(yàn)證了材料能夠多次穩(wěn)定完成寫入和重寫操作。

研究團(tuán)隊(duì)表示，與此前僅在模型材料中實(shí)現(xiàn)的光控磁翻轉(zhuǎn)相比，此次在CoFeB體系中取得的突破具有更強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樵摬牧吓c現(xiàn)有磁隧道結(jié)技術(shù)高度兼容，更容易融入現(xiàn)有存儲器架構(gòu)。

研究過程中，團(tuán)隊(duì)借助日本第四代同步輻射光源設(shè)施NanoTerasu，利用X射線磁圓二色性光譜技術(shù)分析材料中的自旋排列和層間相互作用，從原子尺度揭示多層結(jié)構(gòu)特征，為新材料設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵依據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)成果的意義不僅限于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。更快、更節(jié)能的存儲器有望緩解AI時(shí)代隱藏的一項(xiàng)重要成本，即數(shù)據(jù)中心和先進(jìn)計(jì)算系統(tǒng)日益增長的電力需求。未來，這種材料還有望作為光電轉(zhuǎn)換接口連接光互聯(lián)與電子電路，推動(dòng)光電子器件與電子芯片深度融合，并在未來十年內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。