光驱动的多状态“记忆”材料

当前的光学存储技术面临多状态控制精度不足、能耗高以及材料适应性差等挑战。为解决这些问题，一项最新研究提出了一种基于光的轨道角动量（OAM）的非接触式控制方法。OAM光又称“扭曲光”，其波前呈螺旋状，携带独特的纵向电场，能深入影响材料内部的电子行为。

研究以二硫化钼（MoS₂）作为主要材料，这是一种原子级厚度的二维半导体，具有优异的光电性能和机械柔性，适合用于未来微型化、可穿戴电子设备。研究人员发现，当OAM光照射到MoS₂与二氧化硅（SiO₂）界面时，其特有的纵向电场显著增强了材料中的“陷阱态”密度——这些陷阱态可以捕获并储存电荷，是实现记忆功能的关键。

通过调节OAM光的拓扑电荷数（即扭曲程度），研究人员能够精确控制器件的多个关键性能指标：包括读取电流的大小、滞后窗口的宽度（反映存储稳定性）以及电荷存储容量。实验显示，随着OAM阶数增加，器件的存储性能也随之提升，并在高阶时趋于饱和。这种调控效果不仅依赖于光照面积的扩大，更源于OAM光本身带来的独特电场分布。

进一步研究表明，OAM光的功率、照射时间和环境温度都会影响存储效果。有趣的是，在较低功率下，高阶OAM光仍能实现与高强度普通光相当甚至更好的性能，显示出更高的能量利用效率。此外，降低温度会减弱电荷的热运动，导致读取电流下降，这表明陷阱态的工作机制涉及热激活过程。

该技术实现了稳定的多状态存储，器件经过上百次擦写循环后性能依旧可靠，信息可保持数十秒以上。不同OAM状态对应不同的存储水平，相当于在同一器件上实现了“多档位”数据存储，大幅提升了信息密度。

理论分析表明，这一现象符合泊尔-弗伦克尔效应，即外加电场降低了载流子从陷阱中逃逸的能量壁垒，从而增强了电荷捕获效率。OAM光产生的纵向电场正是驱动这一效应的关键因素。研究还验证了该方法在其他材料体系中的适用性，展现出广泛的通用潜力。

这项工作突破了传统光学存储的局限，首次将光的轨道角动量作为一种独立的自由度来操控存储状态。它无需物理接触，能耗低，且能实现精细的多级调控，为开发高性能、绿色节能的下一代存储器和类脑计算器件提供了全新思路。未来，该技术有望应用于高密度光存储、光控逻辑运算和集成光子电路等领域。