纳米级超快等离子体增强磁位转换

Max Born研究所的研究人员已经证明了一种成功的方法，可以使用超快激光脉冲和等离子体金纳米结构来控制和操纵纳米级磁性比特——数字数据的构建块。研究结果发表在《纳米快报》上。

全光、螺旋度无关磁化切换（AO-HIS）是这项工作中最有趣和最有前景的机制之一，其中磁化状态可以在两个方向之间用单个飞秒激光脉冲反转，作为“0”和“1”，而不需要任何外部磁场或复杂的布线。这为创建不仅更快、更坚固，而且功耗更低的存储设备开辟了令人兴奋的可能性。

纳米级超快光驱动磁化控制是在下一代数据存储技术中实现具有竞争力的比特大小的关键。然而，目前尚不清楚纳米级传热和磁畴壁传播等基本物理过程在多大程度上限制了可实现的最小比特大小。

为了研究这些悬而未决的问题，研究人员使用了等离子体金纳米结构，它可以将光限制在小于光波长的区域。这些结构是在内部通过电子束光刻在由稀土-过渡金属合金（GdTbCo）组成的10 nm磁性材料薄膜上制造的，由于稀土金属铽的存在，能够促进小的稳定磁畴，从而产生大的磁各向异性。

谐振纳米盘上和下的全光开关。图片来源：T.P.H.Sidiropoulos，P.Singh MFM室内部视图，突出显示了将激光束引导到样品的光机装置。HCF连接到安装在MFM头3D打印适配器上的光学笼系统。从光纤发出的光被透镜（L1）准直，并被第二透镜（L2）聚焦到样品上。样品上的偏振通过半波片（P）控制。来源：Nano Letters（2025）。DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04024

使用波长为1030 nm的370 fs超短激光脉冲，在宽度仅为240 nm的区域实现了磁开关。纳米结构还降低了所需的脉冲能量，这是由于金条周围电磁场的增强定位，利用了它们的等离子体特性。

单激光脉冲照射可用于局部切换纳米结构边缘的磁化。此外，磁化被激光脉冲切换的区域可以在磁性材料上的精确目标位置用另一个单个激光脉冲恢复。

因此，可以根据需要实现磁化的受控切换，以编码信息状态“0”和“1”。最终的磁性状态是使用磁力显微镜（MFM）可视化的，这是一种可以以纳米级空间分辨率对样品的磁性状态进行成像的扫描技术。

除了演示切换外，在特定的激光脉冲条件下，研究人员还观察到了有趣的扩展磁化模式。当在纳米结构不允许激光激发等离子体共振的条件下激发时，磁膜中会“印记”出类似偶极子的远场散射畴图案。通过开共振和关共振等离子体激发，可以研究不同等离子体能量传递机制的优势。

“虽然这是对磁化局部光学切换基本过程的基础研究，但它可能会指导未来在工程磁性材料中优化激发方案的发展，最终允许利用光对磁性进行纳米级控制，”作为博士研究的一部分，MBI研究员Puloma Singh与她的MBI同事一起推动了这个项目。p