双光束纳米尺度全光磁反转技术研究

As a crucial means of big data storage, high-density magnetic recording is constantly a hot topic in the research fields of data storage and magnetic dynamics. However, present magnetic recording techniques meet a bottleneck of high speed. For example, the storage on a magnetic hard disk requires a few nanoseconds. Although all-optical magnetic reversal (AOMR) based on the femtosecond laser technique provides a feasible way to realize ultrafast magnetic recording, in which complete magnetic reversal can take place within 100 ps, the lateral size of the reversed region generated by AOMR still remains in the micrometer range, which is not favorable to the high-density magnetic recording. To this end, our project intends to study the magnetization dynamics of the ferrimagnetic materials excited by tightly focused light fields with strongly gradient energy density distributions in the focal space. By controlling the exchange coupling of different sublattices in the ferrimagnetic materials with various components, we intend to realize AOMR with a lateral size smaller than 300 nm. Furthermore, by researching on the physical mechanism of AOMR in the ferrimagnetic materials excited by dual beams with a time delay, we intend to realize magnetic recording with a bit size smaller than 30 nm. Our project has important physical significance and practical application values in the generation of nanoscale magnetization bits and realization of ultrafast magnetic recording with ultrahigh density.

作为大数据存储最为主要的技术手段，高密度磁存储一直是数据存储以及磁动力学领域的研究热点。然而，当前磁存储技术的发展遇到了无法逾越的速率瓶颈，例如硬盘需要几纳秒才能够完成数据的存储。尽管飞秒激光全光磁反转技术实现了100ps以内的超快磁化反转，但是目前全光磁反转的反转区域还停留在微米量级，这将不利于高密度磁存储。为此，本项目拟研究高数值孔径紧聚焦条件下极小空间尺度的全光磁反转。通过研究亚铁磁材料在能量密度呈强空间梯度分布的紧聚焦光场激发下的磁化动力学过程，调控不同组分亚铁磁材料不同亚晶格间的交换耦合作用，实现单光束诱导横向尺度300nm以下的全光磁反转。进一步，通过发展具有时间延迟的双光束超分辨全光磁反转技术，拟实现横向尺度30nm以下的磁化反转。本项目对产生纳米尺度磁记录点以及实现超快、超高密度磁存储具有重要的物理意义和实际应用价值。

作为大数据存储最为主要的技术手段，高密度磁存储一直是数据存储以及磁动力学领域的研究热点。然而，当前磁存储技术的发展遇到了无法逾越的速率瓶颈，例如硬盘需要几纳秒才能够完成数据的存储。尽管飞秒激光全光磁反转技术实现了100ps以内的超快磁化反转，但是目前全光磁反转的反转区域还停留在微米量级，这将不利于高密度磁存储。为了实现高密度全光磁存储，本项目围绕亚波长尺度全光磁反转进行了系统的研究。研究工作开展顺利，达到了任务书研究目标的要求。项目具体研究内容如下： . 1）基于光磁反法拉第效应，在4π聚焦条件下，通过对线偏振光与径向偏振光进行精确的位相设计与调控，在聚焦空间中诱导实现了超高纯度单一取向的平面内磁化场。. 2）基于光磁反法拉第效应，利用电偶极子辐射逆向算法模型，在聚焦空间中诱导实现了高纯度空间三维任意取向磁化场。. 3）基于光磁热效应，利用一阶旋向偏振涡旋光，在GdFeCo样品中实现了旋向依赖与非旋向依赖的全光磁反转。与传统圆偏振光相比，此种入射光场分布在高数值孔径条件下可产生更小的横向尺度光斑。. 4）搭建时间延迟双泵浦-探测全光磁成像系统，通过精确调节双泵浦脉冲间的时间延迟，测量了GdFeCo样品在双光束激发下的末状态与动力学过程，并实现了超越衍射极限限制的全光磁反转。. 本项目的研究对产生纳米尺度磁记录点以及实现超快、超高密度磁存储具有重要的物理意义和实际应用价值。