飞秒脉冲激光诱导超快自旋动力学研究进展

张 伟，张晓强，刘永山，姜芸青，许 涌，赵巍胜

(1. 北京航空航天大学 合肥创新研究院，安徽 合肥 230012) (2. 北京航空航天大学集成电路科学与工程学院，北京 100191)

1 前 言

磁存储技术对人类社会进入信息时代起到了直接的推动作用，然而，随着人工智能、大数据、物联网、云计算等新兴产业的进一步发展，目前磁性调控技术已经不能满足这些领域对高容量存储和高速读写的要求。因此，将信息装入越来越小的磁比特中，同时越来越快地操纵这些磁比特将会成为磁存储技术的未来[1]。一方面，巨磁电阻效应的发现及其商业化，使信息记录密度从最初的2×103攀升到今天的5×1011bit/in2。2007年，诺贝尔物理学奖正是授予了巨磁电阻效应的发现者——法国南巴黎大学Albert Fert与德国于利希研究中心Peter Grünberg，以表彰其在高密度磁存储领域的突出贡献[2]；另一方面，还发展了一系列操纵磁比特的手段，主要包括磁场、应力、电压、电流等，进行数据的写入[3, 4]。然而，这些传统操纵手段所引起的磁矩翻转都属于“进动式”磁矩翻转，受到材料内禀自旋-晶格弛豫时间的制约，其磁矩翻转时间的下限约为1 ns。另外，驱动磁矩翻转或磁畴运动所需的临界电流密度高达1011A/m2量级，如此高能耗是制约电流驱动磁矩翻转自旋电子器件发展和应用的瓶颈问题之一。因此，针对未来超高密度、超低功耗、超快速率信息存储技术的需求，发展具有更快磁矩翻转时间和更低能耗的新型磁矩翻转方式是当前自旋电子学领域的迫切任务之一[5-7]。……