2026年6月11日——随着人工智能、云计算和数字服务的持续扩展，世界对更快、更节能的信息存储和处理方式的需求日益增长。由日本量子科学技术研究开发机构（QST）领导的一个团队现已开发出一种新型磁性存储材料，该材料无需电流，可利用激光进行重写。这一进展有望降低数据中心的功耗，并为未来高速信息系统提供支持。该研究于2026年6月8日在线发表在《应用物理快报》上（DOI: 10.1063/5.0328535）。

这种新材料允许通过单次超短激光脉冲来切换磁信息。由于光反转磁态的速度远快于电流，这种方法可实现比传统电驱动磁性存储器快约1000倍的开关速度，同时还能减少热量产生和能量损失。研究人员表示，这一进展为AI硬件、边缘设备以及未来光电平台指明了一类新型低功耗磁性存储器的方向。

“当今数字社会需要既更快又更可持续的存储技术，”QST高崎先进量子科学研究所量子材料与应用研究中心小组负责人酒井圣司博士表示。“通过证明一种实用的存储材料可以利用光进行开关，我们相信这项工作为未来信息系统实现超快、低功耗器件开辟了一条现实路径。”

磁性存储器通过改变材料内部的磁化方向来存储信息。现有的磁性存储技术通常使用电流来写入数据。这种方法之所以具有吸引力，是因为它能在断电时保留信息，但它也面临重大限制：写入速度受限，且电流会产生热量，从而增加能耗。随着AI和大规模数字基础设施持续推高电力需求，这些挑战正变得愈发严峻。

为解决这一问题，研究团队聚焦于全光开关，这是一种无需电流即可利用光反转磁取向的现象。这种效应此前已在亚铁磁材料中被观察到，但这些材料并不适用于实际存储，因为其磁读出特性太弱，无法实现稳定的数字操作。相比之下，合金CoFeB已因其近乎完美的自旋极化和优异的读出性能而被广泛应用于磁性存储，但此前被认为不适合光开关。

研究人员通过设计一种新型人造亚铁磁体克服了这一障碍，该材料由钴、钆和CoFeB的反铁磁交换耦合层构成。通过原子级精度调谐每层厚度并优化整个多层结构，他们创造出一种材料，其磁态可通过单次飞秒激光脉冲可重复地反转。研究团队还展示了写入与重写操作可稳定重复进行，证明了存储器应用所需的基本功能。

“这项工作最重要的方面之一在于，我们在基于CoFeB的系统中实现了光开关，而这一系统已与磁隧道结技术高度兼容，”酒井表示。“这种兼容性使这一结果对未来设备的意义远超此前仅限于模型材料的演示。”

该研究的关键部分之一是利用日本第四代同步辐射设施NanoTerasu，研究团队使用X射线磁性圆二色光谱分析了材料中的自旋排列和层间相互作用。这些测量提供了对多层结构的原子级洞察，并在指导新材料设计中发挥了关键作用。提交材料指出，亚铁磁体是在NanoTerasu利用同步辐射分析开发的。

这项工作的潜在影响不仅限于实验室演示。更快、更低功耗的存储器有助于应对AI时代一项主要隐性成本：数据中心和先进计算系统快速增长的电力需求。根据提交材料，该技术长期内还可作为连接光互连与电子电路的光电转换接口，最终有助于在统一平台上集成光子与电子的芯片。此类材料在光电接口中的实际应用可能在未来十年内开始。