通過一定強度的短脈沖可以在摻雜了鈷離子的釔鐵石榴石的磁性層上記錄數據。據開發商介紹，這種新穎的光學存儲機制有可能成為一種通用的、節能型數據存儲技術，并替代現有的存儲技術，這源于該技術能夠完成超低熱度的快速磁盤讀寫過程，應用前景廣闊。

該方法由荷蘭內梅亨大學和波蘭比亞韋斯托克大學共同研發，技術成果近日刊登在《自然》雜志上。

成本低廉、低熱耗的數據記錄方法將對21世紀經濟產生至關重要的影響

研究人員表示，正如石油對于20世紀的作用，可靠、低成本、快速的數據記錄技術對于21世紀的經濟來說至關重要。隨著云存儲需求的急劇增加，數據中心機房的溫度會持續走高，但磁記錄在這方面表現相對優異。

目前數據記錄方法的缺陷之一就是需要大量的能量來冷卻處理器。最近的磁記錄創新技術——熱輔助磁記錄方法并不能解決這個問題。相反，它利用激光脈沖的熱量來實現數據記錄。因此，不產生熱量且不需要電磁體的超快磁記錄是當前磁應用技術以及基礎研究的重中之重。

來自內梅亨大學的研究人員研究通過光脈沖來操控磁體實現記錄的方法已有十余年。2007年Theo Rasing教授和他的同事在Physical Review Letters雜志上發表了他們的第一個成果。他們最初的研究成果表明，磁性記錄的機制依賴于激光誘導加熱，當其溫度達到并高于所謂的居里溫度的臨界溫度時，磁順序被永久破壞。

為了解決加熱問題，需要利用具有低光吸收效應的介質。對于具有大量自由電子的金屬來說，光的吸收效應及其帶來的加熱效應是不可避免的。為了減少熱效應，必須使用介電材料。在最新的研究中，科學家選擇使用釔鐵石榴石(YIG)，它被認為是“磁性電解質模型”。單純使用YIG是不可能實現光學信息記錄的，為了增加其對激光激發的靈敏度，科學家利用鈷離子對其進行摻雜。

飛秒激光技術

科學家發現，在摻鈷釔鐵石榴石膜中，在飛秒激光脈沖的激發下單個線性偏振因子會在不同的自旋狀態下進行轉換。物理學家Alexey Kimel解釋說：“通過改變激光脈沖的極化強度，我們可以控制石榴石中的凈磁化強度，從而可以實現1或0的寫入。這種方法優于目前的替代方案，而且可以在極低熱負荷的情況下以低于20ps的速度進行磁讀寫事件。”

Kimel解釋說，使用摻鈷釔鐵石榴石的磁性介質存儲設備應該不會應用在個人計算機上。 “金屬與石榴石晶體之間的技術差距太大了，但是對于擁有大型數據庫的谷歌以及Facebook來說，這倒是一個不錯的選擇。”

“另外一個可行的實現方案是在非常低的溫度下進行數據的記錄。超導電子和量子計算機就缺少可以在10開氏度(-263攝氏度)下的快速存儲系統。截止到目前，這仍然是超級計算的一個嚴重的技術瓶頸。”

潛在影響

日前，optics.org采訪了Alexey Kimel教授，他介紹了這種室溫下的新型數據存儲技術如何影響商業數據記錄與存儲市場。“在過去十年中，磁性工業一直致力于推廣和實現熱輔助磁記錄(HAMR)的概念。要實現單個數據位的改變，需要來自電磁體的磁場和激光器光場的共同作用。其中后者則用于數據寫入區域的加熱。HAMR技術有望在2018年進入市場。但是2018年之后，這種概念的存儲技術將會如何發展仍是個未知數。”

“通過我們的研究，發現光能以超快的速度進行信息的記錄，而且不需要磁性介質，也幾乎不需要加熱。在現有技術中，MRAM器件中數據記錄中產生的熱量約為每位100毫微微。對于相同大小區域的數據記錄，采用我們的方法，相同記錄事件熱量耗散將會降低有1000倍。”

根據美國環境保護局(EPA)介紹，在過去十年，全世界服務器和數據中心就消耗了61億千瓦時的電量(數據來源于EPA向國會提交的服務器和數據中心能源效率報告)。這大約占美國總年度電力消費的1.5%，達到45億美元，而且這一數字以每年7%的速度進行增長。Kimel表示：“我們的數據記錄方法，可以極大地改善這個問題。”

被問及該項目是否有商業伙伴的財務支持以及后續的產品研發時，Kimel表示： “就在一年前，我們也不相信這種超快的磁記錄方法竟然幾乎不產生熱量。所以之前的幾次項目資金申請都被拒絕了。但是如今我們已經證實了方法的正確性。之后我們將會以積極地態度面對商業化問題。”