隨著對數據存儲密度和運行速度的需求不斷增長，對傳統介質以外控制磁化強度的要求也不斷提高。在當前的半導體技術領域，器件尺寸越來越小的趨勢導致單位散熱量增加，這對信息處理速度和存儲密度造成了極大限制。流行的馮諾依曼架構將存儲和計算單元分開，這導致了組件之間頻繁的數據傳輸，這種能源密集型過程會引入延遲，從而導致所謂的“內存墻瓶頸”，阻礙計算效率和速度。自旋電子學有望通過在處理速度和存儲密度方面提供潛在的進步來克服這些挑戰，從而解決內存墻的限制。在開發自旋電子學時，準確控制磁性材料的磁性狀態是主要挑戰。當前自旋電子學研究的主要目標是以節能的方式產生純自旋電流。理想情況下，這些自旋電流應在不使用充電電流的情況下產生，否則會導致能量和磁損失。隨著對能效和多功能性的需求不斷增長，利用光調控磁性，以及將光伏材料整合到磁電系統中引入了更多物理效應。這一發展同時預示著未來陽光在操縱自旋方向中將發揮越來越重要的作用。因其高速、非接觸和靈活性等特點，光控制磁性可以在快速磁存儲和自旋電子學領域有著廣闊的發展前景。光與磁相互作用的理論及應用自19世紀開始發展，發展過程中的里程碑在圖1中得到了總結。

圖1. 光的分類與調制方式及光控磁發展過程中的里程碑

常州大學材料科學與工程學院周子堯教授等人從現有的光與磁之間相互作用的應用入手，對目前的光控制磁理論和應用進行了總結，并導入了一種利用光精確控制磁性和自旋態的新方法，這對于滿足數據存儲密度提高和處理速度增加的需求至關重要。該綜述介紹并總結了各種光源類型對磁性的影響，包括偏振光和非偏振光與磁性相關的研究，探討了不同光磁作用機理，如磁光效應、光誘導磁相變和自旋光伏效應等機制。綜述重點關注光控磁性的關鍵應用，例如超快激光泵浦和全光開關，強調光感磁相變的關鍵作用以及利用太陽光控制磁性的器件研究（如圖2所示）。將光伏材料集成到磁電系統中為設備設計增加了另一個維度，從而能夠利用陽光控制自旋方向。最后，本文最后討論了光控磁領域的挑戰和前景，這可能會激發該領域的進一步研究和重大發展。

圖2. 近年關于光控制磁性地相關研究

該綜述以“Perspectives: Light Control of Magnetism and Device Development（新視角：光控磁性與器件發展）”為題發表在美國化學學會期刊ACS Nano上，該綜述第一作者為常州大學材料科學與工程學院方凝。

Perspectives: Light Control of Magnetism and Device Development

Ning Fang, Changqing Wu, Yuzhe Zhang*, Zhongyu Li*, and Ziyao Zhou*

ACS Nano?2024,?18, 12, 8600–8625

Publication Date: March 12, 2024

? 2024 American Chemical Society