河北
自旋电子器件靠电子的自旋——一种内在的角动量——来工作。这些器件的核心是切换磁态，因为这样才能在处理或存储信息时表示二进制数字（0和1）。
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其中一些器件依靠磁涡旋——一种纳米尺度的漩涡状磁化模式，它影响自旋的排列。这些涡旋具有一种叫螺旋性的特性，其实就是它们的旋转方向。
可靠地切换磁涡旋的螺旋性，既可能为神经形态计算系统（模仿大脑神经组织的器件）也能为多态存储器带来新的可能。然而到目前为止，这仍然很有挑战性，主要是因为需要自旋的同步波状旋转，还不能破坏涡旋的几何结构。
南开大学、华南师范大学等机构的研究人员提出了一种新方法，可以精确快速地切换磁涡旋的螺旋性。
他们提出的方法，在《自然·纳米技术》的一篇论文里有详细说明，就是用超短激光脉冲，加上一个垂直于纳米材料表面的磁场。
用超短激光脉冲，实现相干切换
作为研究的一部分，研究人员首先用一种80%镍、20%铁的磁性材料，做出了微小的磁涡旋。这种合金磁性能很好，在自旋电子学领域很有前景。
"我们报告了在纳米磁涡旋中实现相干手性切换的实验，这种切换发生在几百皮秒的时间尺度上，"刘灿、李泽芳及其同事在论文中写道。
"这种切换行为是由飞秒激光脉冲在面外磁场下激发导致的。机制是超快光热退磁和随后再磁化过程中的相干自旋进动决定的，涡旋原有的拓扑结构和对称性保持不变。"
刘、李及其同事本质上是用极短的激光脉冲照射纳米工程磁涡旋，短暂加热它们。在此过程中，他们还施加了一个垂直磁场。
在计算机模拟和实验中，都发现这个过程能够成功切换磁涡旋的旋转方向（即手性）。研究团队仔细调整激光强度和施加的磁场强度，来控制磁涡旋的切换。
关键在于，手性切换动力学可以通过激光通量和磁场强度精确调节，从而能够对两种能量简并的手性状态进行控制，实现从确定性到随机性的切换，"作者写道。
在物理合理范围内优化参数后，就能在微磁模拟中重现这种控制。
推动自旋电子、神经形态和存储设备的新进展
该研究团队初步收集的结果显示，他们的方法有望在保持磁涡旋结构的同时，实现其螺旋性的超快切换。未来，类似策略可在更广泛的具有适当特性的纳米设计的磁性材料上进行测试。
这项新研究或很快为开发各种高性能自旋电子器件（包括先进数据存储和神经形态计算设备）带来新可能。
特别是，磁涡旋螺旋性的切换可用于构建更贴近人脑结构的自旋电子学系统，以及能够用两个以上的值（不只是"0"和"1"）表示存储信息的多态存储器。
本文由我们的作者Ingrid Fadelli为您撰写，由Sadie Harley编辑，并由Robert Egan进行事实核查和审校——这是精心制作的人工成果。我们依靠像您这样的读者来让独立科学新闻活下去。如果这篇报道对您有意义，请考虑捐款（特别是长期月捐）。
更多信息：Can Liu等人，皮秒级相干切换（toggle switching）拓扑自旋螺旋性，自然·纳米技术（2026年）。DOI: 10.1038/s41565-026-02142-z。
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