光的巧妙运用或将推动下一代存储设备发展

铁性材料就属于这类物质。这些固体可以在两种截然不同的状态之间切换。常见例子包括铁磁体（可在相反的磁取向间切换）和铁电体（可保持相反的电极化）。它们对磁场或电场的响应能力使其成为许多现代电子和数据存储设备中的关键组件。然而，铁性材料并非没有局限性：它们易受外部干扰影响（例如硬盘附近的强磁场），且性能通常会随时间退化。这些挑战促使研究人员寻找更具韧性的新型存储方法。轴铁性材料是铁性材料家族中较新的分支。这类材料不依赖磁极化或电极化状态，而是包含电偶极子涡旋。这些涡旋可以指向两个相反方向，同时不产生净磁化或净电极化。它们极其稳定，天然抗外部场，但这种稳定性也使其难以操控，限制了该领域的科学进展。安德里亚·卡瓦莱里领导的团队现已展示了一种控制这些难以捉摸的状态的方法。研究人员使用圆偏振太赫兹脉冲，在一种名为铷铁双钼酸盐（RbFe(MoO₄)₂）的材料中，实现了顺时针和逆时针轴铁性畴之间的切换。“我们利用了太赫兹脉冲驱动晶格中的离子做圆周运动时产生的等效合成场，”第一作者曾志洋解释道。“这种等效场能够与轴铁性状态耦合，就像磁场切换铁磁体或电场反转铁电体状态一样，”他补充说。通过改变圆偏振脉冲的螺旋度（即扭曲方向），研究团队能够稳定电偶极子的顺时针或逆时针排列。正如合著者迈克尔·弗斯特所指出的：“这样就可以在两种铁性状态中实现信息存储。由于轴铁性材料不受退极化电场或杂散磁场的影响，它们成为稳定的非易失性数据存储的极具前景的候选材料。”“这是一项令人兴奋的发现，为开发用于超快信息存储的稳健平台开辟了新可能性，”安德里亚·卡瓦莱里表示。他补充说，这项工作还凸显了圆形声子场（该团队于2017年首次证实）作为操控非常规材料相的强大工具的重要性日益增加。这项研究主要得到了马克斯·普朗克学会和马克斯·普朗克量子材料研究生中心的支持，该中心促进了与牛津大学的合作。德国研究基金会通过“CUI：物质高级成像”卓越集群提供了额外支持。马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所（MPSD）也是与德国电子同步加速器（DESY）和汉堡大学共建的自由电子激光科学中心（CFEL）的合作伙伴。