挑战传统理解——科学家发现光与磁之间的突破性联系

新的研究发现了光和磁之间的突破性联系，有望在光控存储技术和磁传感器方面取得革命性进展。这一发现挑战了传统的理解，并可能对多个行业的数据存储和设备制造产生重大影响。图片来源：Amir Capua

希伯来大学最近进行的研究揭示了光和磁之间以前未知的联系。这一发现为开发由光控制的超快存储器技术以及能够检测光磁性成分的开创性传感器铺平了道路。预计这一进步将改变跨多个部门的数据存储实践和设备制造。

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耶路撒冷希伯来大学应用物理与电气工程研究所自旋电子学实验室负责人Amir Capua教授宣布了光磁相互作用领域的关键突破。该团队的意外发现揭示了一种机制，其中光学激光束控制固体中的磁性状态，有望在各个行业中得到切实应用。

理解的范式转变

“这一突破标志着我们对光和磁材料之间相互作用的理解发生了范式转变，”Capua教授说。“它为光控高速存储器技术铺平了道路，特别是磁阻随机存取存储器（MRAM）和创新的光学传感器开发。事实上，这一发现标志着我们对光磁动力学的理解有了重大飞跃。

利用光束进行磁记录（应用）。图片来源：Amir Capua

该研究通过揭示被忽视的光的磁性方面来挑战传统思维，由于与光辐射的快速行为相比，磁体的响应速度较慢，因此通常受到的关注较少。通过他们的研究，该团队解开了一个新的理解：快速振荡的光波的磁性成分具有控制磁铁的能力，重新定义了原理物理关系。有趣的是，确定了描述相互作用强度的基本数学关系，并将光磁场的振幅、频率和磁性材料的能量吸收联系起来。

量子技术与磁性材料

这一重大发现与量子技术领域紧密相连，它巧妙地结合了量子计算和量子光学领域的原理，而这两个领域在科学界中几乎从未重叠。在完美平衡的状态下，磁性材料与辐射的相互作用已经得到了广泛的认可。然而，我们对于这种不平衡状态的理解仍然非常有限。这种非平衡状态正是量子光学和量子计算技术的核心所在。

通过深入研究磁性材料中的这种非平衡状态，并借鉴量子物理学的原理，我们得以深化对磁铁与光之间相互作用的理解。这种互动被证实是非常重要且高效的。“我们的研究成果能够解释过去2-3年里所报道的各种实验结果。”Capua解释道。

这一发现的影响深远，尤其是在使用光和纳米磁铁的数据记录领域。“它预示着超快速和节能的光学控制MRAM的实现，以及不同部门信息存储和处理的巨大转变。”Capua教授补充道。与此同时，该团队还开发出了一种能够检测光磁性部分的专用传感器。与传统的传感器相比，这种尖端设计具有更高的多功能性和集成性，有望彻底改变各种应用中对光的传感器和电路设计。

这项研究由自旋电子学实验室的博士生Benjamin Assouline先生主导，他在这一突破性发现中发挥了至关重要的作用。为了充分发挥这一突破的潜力，该团队已经申请了几项相关专利。

参考资料：Benjamin Assouline 和 Amir Capua，2024 年 1 月 3 日，《物理评论研究》杂志的“Landau-Lifshitz-Gilbert 方程中出现的磁化态的螺旋依赖性光学控制”。

DOI： 10.1103/PhysRevResearch.6.013012

该研究得到了以色列科学基金会，Peter Brojde创新工程和计算机科学中心以及耶路撒冷希伯来大学纳米科学和纳米技术中心的支持