研究人员制作出可控制光线的新一代磁性器件

研究人员开发出一种利用激光加热制造透明磁性材料的新方法。这一突破对于磁光材料与光路的集成至关重要，而这正是该领域的一大挑战。它有望推动紧凑型磁光隔离器、微型激光器、高分辨率显示器和小型光学设备的发展。

日本研究团队采用一种新的激光加热技术，将透明磁性材料集成到光路中，为先进的光通信设备铺平了道路。

东北大学和丰桥工业大学的研究人员开发出了一种利用激光加热制造透明磁性材料的新方法，这是光学技术领域的一项重大进展。这一突破最近发表在《光学材料》（Optical Materials）杂志上，为磁光材料与光学设备的集成提供了一种新方法，而这是该领域长期以来面临的一项挑战。

东北大学电气通信研究所（RIEC）副教授、该研究报告的共同作者后藤泰一指出："这一成果的关键在于利用专门的激光加热技术制造出了透明磁性材料'铈取代钇铁石榴石（Ce:YIG）'。这种方法解决了将磁光材料与光电路集成而不损坏它们的关键难题--这个问题阻碍了光通信设备小型化的进展。"

制备透明磁性材料的激光加热装置。资料来源：Taichi Goto et al.

磁光隔离器对于确保稳定的光通信至关重要。它们就像光信号的交通指挥棒，允许光信号朝一个方向移动，但不能朝另一个方向移动。由于通常涉及高温工艺，将这些隔离器集成到硅基光子电路中具有挑战性。

面对这一难题，后藤和他的同事们将注意力集中到了激光退火上--这是一种通过激光有选择地加热材料特定区域的技术。这样就可以进行精确控制，只影响目标区域而不影响周围区域。

以前的研究曾利用这种方法选择性地加热沉积在电介质镜面上的铋代钇铁石榴石（Bi:YIG）薄膜。这使得 Bi:YIG 晶化时不会影响介电镜。

然而，Ce:YIG 因其磁性和光学特性而成为光学设备的理想材料，但在使用 Ce:YIG 时，由于暴露在空气中会导致不必要的化学反应，因此出现了一些问题。

为了避免这种情况，研究人员设计了一种新装置，利用激光在真空（即没有空气）中加热材料。这样就可以对小区域（约 60 微米）进行精确加热，而不会改变周围的材料。

Goto 补充说："通过这种方法制造出的透明磁性材料有望极大地促进小型磁光隔离器的发展，这对稳定的光通信至关重要。此外，它还为制造功能强大的微型激光器、高分辨率显示器和小型光学设备开辟了道路。"

参考文献 Hibiki Miyashita、Yuki Yoshihara、Kanta Mori、Takumi Koguchi、Pang Boey Lim、Mitsuteru Inoue、Kazushi Ishiyama 和 Taichi Goto 的 "磁光铈取代钇铁石榴石薄膜的真空激光退火"，2023 年 11 月 14 日，《光学材料》。

DOI: 10.1016/j.optmat.2023.114530

编译来源：ScitechDaily

重要革新！我国科学家发现新型磁性材料

科技日报记者 罗云鹏

2月19日，记者从南方科技大学获悉，该校物理系副教授刘畅、教授刘奇航以及中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员乔山团队通过实验发现一类新型磁性材料——非常规反铁磁体。该发现有望成为理想的下一代自旋电子学材料，对高密度磁存储器件等领域带来影响。 相关研究成果发表于《自然》。

记者了解到，该类新型材料在具有反铁磁体高稳定性、高密度储存信息能力、超快自旋动力学等性质的同时，也具有铁磁体易于探测和操控电子自旋状态、便于实现信息读写功能的能力。

“铁磁体可以吸引小磁针，而反铁磁体不能。这两种磁性材料看上去风马牛不相及，但我们发现的非常规反铁磁体在某种意义上反而更像铁磁体。”刘奇航介绍。

据悉，由于晶体原子之间某种新颖的对称性，非常规反铁磁体能够像铁磁体一样，把其中运动的电子分为“自旋”不同的两部分，制造出自旋电子学器件最为关键的“自旋流”，目前国际上声名鹊起的“交错磁体”便是其中一种。

“要观测到这种带有自旋的电子，最直接的方法便是利用角分辨光电子能谱仪。”刘畅说，“然而，非常规反铁磁体因自旋信号比较微弱，实证过程需要大量系统数据支撑。”

“得益于乔山团队设计的最新型电子自旋探测仪，我们实证了这一点。”刘畅表示，非常规反铁磁体的发现，代表着反铁磁性自发现以来概念上最重要的革新，同时有望从信息密度和响应速度上突破目前自旋输运器件的极限，带来自旋电子学和磁存储领域的革命。

文中图片均由科研团队提供

编辑：宋慈

审核：朱丽

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