【摘 要】
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物联网、人工智能、5G通信等技术的迅速发展导致数据量的爆炸增长,面对如此庞大的数据量,提升存储设备的读写速度和容量显得尤为重要。使用光致磁变技术是获得更快的读写速度和更高效能数据存储的一种新途径。光致磁变技术采用飞秒激光写头代替传统的写磁头,能够提供更快更强的改写记录介质磁性的能力,从而使信息的写入速度得到质的飞跃。然而,要实现新型飞秒激光超快全光磁记录,不仅需要研究全光磁化翻转的实现条件,更重要
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“光致磁变超高密度快速硬盘新原理与新技术研究”（No.61432007）；
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物联网、人工智能、5G通信等技术的迅速发展导致数据量的爆炸增长,面对如此庞大的数据量,提升存储设备的读写速度和容量显得尤为重要。使用光致磁变技术是获得更快的读写速度和更高效能数据存储的一种新途径。光致磁变技术采用飞秒激光写头代替传统的写磁头,能够提供更快更强的改写记录介质磁性的能力,从而使信息的写入速度得到质的飞跃。然而,要实现新型飞秒激光超快全光磁记录,不仅需要研究全光磁化翻转的实现条件,更重要的是理解超快飞秒激光激发磁化翻转的物理机制,探索出影响磁化翻转稳定性和翻转速率的关键因素,使全光磁记录技术的产业化成为可能。稀土-过渡金属合金亚铁磁薄膜拥有优异的光致磁变特性,这类合金薄膜在受到光子激发后,能在亚皮秒时间内发生超快磁化翻转,因而具有极高的研究和实用价值。本文通过计算GdFe合金体系的系统哈密顿量,构建出原子尺度的Gd 非晶合金自旋模型;然后通过使用蒙特卡洛算法研究其稳态特性,包括不同元素组分和温度对模型磁性的影响,验证了模型所使用参数的合理性;动态特性的研究则以原子级LLG方程为理论框架,通过此原子模型,深入研究了入射激光功率密度等因素对光致磁变过程的影响;采用Heun积分法求解飞秒激光纯热效应导致的Gd25Fe75非晶合金的亚晶格磁化动力学过程,计算结果证明纯热致磁化翻转的假设不合理;本文在原子LLG方程中添加了自旋转移矩项,将宏观自旋转移矩效应修正为原子尺度模型所适用的微观形式,以模拟飞秒激光导致的纯热效应、自旋转移矩效应以及原子间交换相互作用的共同作用;通过分析得到的Gd与Fe两种不同亚晶格自旋动力学仿真结果以及Graves等人的实验结果,指出存在一个最佳入射激光能量密度“窗口”,在此“窗口”范围内,Gd25Fe75非晶合金的光致磁变过程能够更加快速稳定地完成;最终探索出了稀土-过渡金属合金材料中螺旋无关光致磁变的一种可能物理机制。这对推动光致磁变存储技术的实际应用具有重要意义。综上所述,本文提出了一种解释稀土-过渡金属合金材料中螺旋无关光致磁变现象的物理机制,并建立了描述相关物理过程的原子尺度模型,通过仿真计算的方式对GdFeCo合金材料的光致磁变特性做出了全面且深入的研究,论证了自旋转移矩效应在Fe原子自旋磁矩翻转过程中的重要作用,为后续的实验和理论研究提供了新思路。
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