太赫兹光驱动自旋晶格控制：更快、更高效数据存储的潜在新途径

　　来自德国科隆大学、荷兰内梅亨大学、俄罗斯科学院约飞物理技术研究所和普罗霍罗夫普通物理研究所的国际研究人员团队发现了一种使用超短太赫兹 (THz) 控制自旋晶格相互作用的新机制（太赫兹：1012 赫兹）。这种机制可以开辟一种新的方法来控制自旋波的传播，从而为未来数据处理新技术的概念化迈出重要的一步。结果已发表在《Science》杂志上。

 

　　目前，磁数据记录主导着数据存储技术。据估计，很快，全球超过 7% 的能源生产将用于数据存储中心。因此，迫切需要开发新技术，以节能的方式使用超快流程来处理和存储数据。理解自旋-晶格耦合是现代凝聚态物理学中的一个关键挑战，对超快和二维磁性具有至关重要的意义。自旋和晶格之间的角动量和能量转移的效率对控制自旋电子学、磁学和磁数据存储中的自旋的能力施加了基本的速度限制。

 

　　这里，研究人员报告了一种由太赫兹光脉冲驱动的自旋晶格耦合的有效非线性机制。几乎单周期的太赫兹脉冲与反铁磁体二氟化钴 (CoF2) 中的相干磁子态共振相互作用，激发拉曼有源太赫兹声子。结果揭示了反铁磁体的独特功能，允许使用光进行超快自旋晶格耦合。

 

　　自旋晶格相互作用在磁记录过程中起着决定性作用，其中自旋是电子的基本磁矩，其方向控制（向上和向下）是现代二进制计算机系统的基础。科学家们在他们的研究中使用了特殊的反铁磁体——在这种材料中，电子的有序自旋以规则模式排列，相邻的自旋指向相反的方向。这些材料中自旋的集体运动，即所谓的自旋波，通常比传统铁磁材料中的自旋波快 10 倍。与电子相反，这种自旋波实际上不与晶格相互作用，因此可以在微观距离上无损失地传播。在未来，自旋电子学可以取代传统的电子学，并在磁性材料中充当信息的载体。这为更快、更高效的数据处理带来了潜力。同时，弱相互作用使得控制自旋波的传播具有挑战性。然后，科学家们通过施加超短太赫兹脉冲来“驱动”自旋晶格耦合。

 

　　科隆大学实验物理研究所光学凝聚态科学组的高级研究员 Evgeny Mashkovich 博士说：“我们表明，我们现在可以控制晶格和自旋波之间的相互作用，而且还可以使其成为强相互作用。我相信这一发现是朝着未来超快数据处理和高效数据存储的概念新技术迈出的重要一步。”