在数据存储技术领域，磁化现象的控制一直是提高存储密度和速度的关键。现在，一项由德国马克斯·博恩研究所、西班牙马德里材料科学研究所和意大利的自由电子激光设施(FERMI)的国际研究团队进行的研究，发现了一种利用激光脉冲进行全光磁化反转的方法，这可能为未来的数据存储技术带来革命性的改变。

研究团队通过实验和原子自旋转动力学计算的结合，首次成功探索了全光开关（AOS）在纳米尺度上的工作极限。他们使用软X射线与原子尺寸的自旋动力学模拟相结合，研究了典型磁性材料GdFe的磁化反转过程。

在全光开关过程中，磁性材料需要被加热到非常高的温度，以减少其磁化接近零，然后才能反转其磁化。而激光脉冲的独特之处在于，它只与材料的电子相互作用，留下原子核的晶格保持冷态。然而，由于热电子会通过与冷原子核的散射迅速冷却，因此必须在这一特定的时间尺度内快速降低磁化。

研究人员发现，当光学激发限制在纳米尺度时，电子不仅会通过“给原子核一个踢”来失去能量，还可以通过扩散离开纳米大小的热点区域。由于电子只需穿越纳米大小的距离，这一过程也会在超快的时间尺度上发生，导致电子可能过快冷却，磁化不足以降低，从而破坏了全光开关。

实验中，研究团队通过两个软X射线激光脉冲的干涉，在GdFe样品表面产生了一个极短寿命的暗条纹和亮条纹图案，这使得暗区和亮区之间的距离仅为8.7纳米。这种照明仅持续约40飞秒，导致GdFe中热和冷电子温度的横向调制，以及相应的局部磁化损失。

参考资料：DOI： 10.1021/acs.nanolett.4c00129