近日，我校光子技术研究院海外英才创新团队在全光磁存储研究方面取得重要进展。其最新研究成果“Dual-shot dynamics and ultimate frequency of all-optical magnetic recording on GdFeCo”在Light: Science & Applications期刊（IF=13.78）发表。我校光子技术研究院李向平研究员、荷兰奈梅亨大学Alexey V. Kimel教授为该论文共同通讯作者, 我校光子技术研究院王思聪副研究员为第一作者。

磁存储是热数据存储的重要存储方式，其灵活的可擦写性为数据的频繁快速访问与刷新提供了必要条件。在传统高密度磁存储技术中，人们利用外加垂直磁场来实现对磁材料磁化单元的垂直反转控制。然而，在外界磁场的作用下，磁材料的电子自旋是以进动的形式来完成反转过程，其特征时间为几个纳秒，极大程度地限制了磁反转的速率。全光磁反转的发现为实现超快磁反转提供了有效的可行途径。在无任何外加磁场的条件下，仅利用飞秒超短激光脉冲作为激发源，亚铁磁材料GdFeCo便可实现磁反转，且其反转时间可缩短至100ps以内，即磁反转速率提升了一个数量级。

然而，在诸多实际应用中，人们需对热数据进行频繁快速地访问与刷新。尽管全光磁反转能够极大程度地缩短反转时间，但其能够实现的最大数据刷新频率仍然未知。另一方面，光学衍射极限严重制约了聚焦光斑的空间尺寸，亦即制约了光磁记录点的空间尺寸，因而限制了磁存储密度的进一步提升。

（图1 基于时空光场调控的双泵浦时间分辨全光磁记录技术）

图源：Light: Science & Applications 10, 8 (2021)

在该工作中，研究团队利用基于时空光场调控的双泵浦时间分辨全光磁记录技术（如图1所示）在Gd27Fe63.87Co9.13材料中实现了重复率极限（即记录数据的最高刷写频率）高达3GHz的全光磁往复反转，相当于基于外加磁场的传统磁存储数据刷新频率的三倍以上。进一步，通过精密控制两泵浦脉冲间的时间延迟、能量比与空间位移，实现了亚纳秒时间尺度内的超快、超越衍射极限限制的全光磁记录，将光磁记录尺寸从0.5λ/NA压缩至0.1λ/NA（NA为聚焦透镜的数值孔径），如图2所示。

（图2 基于双泵浦飞秒激光脉冲激发的超分辨全光磁记录结果）

图源：Light: Science & Applications 10, 8 (2021)

当今，人们对数据存储器件的信息处理速率和高集成度小型化的要求日益提高。基于时空光场调控的双泵浦超分辨全光磁记录技术，一方面可以大幅压缩磁记录单元的横向尺寸，提升器件的集成度；另一方面还能够实现GHz量级的高重复率数据刷写。这将为超快、超高重复率、超高密度磁存储器件的实现奠定坚实的基础。

该研究工作得到了国家重点研发计划（项目编号：2018YFB1107200），国家自然科学基金（项目编号：61975066; 11604123）、广东省创新创业团队项目（项目编号：2016ZT06D081）的支持。

作者简介：王思聪博士，主要从事矢量光场调控与全光磁存储等方面的研究工作。在Light: Science & Applications, Optics Letters，Applied Physics Letters, Optics Express等期刊上共发表论文20余篇。入选“暨南双百英才计划”暨南杰青第二层次。目前主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、广东省自然科学基金面上项目等科研项目5项。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-020-00451-z

（光子技术研究院）

责编：杜明灿