磁性隧道结的皮秒全光开关

在不使用磁场的情况下控制磁性，使得自旋电子器件能够在后 CMOS 时代实现用于存储、计算和通信的大规模集成。包括自旋力矩转移、自旋霍尔效应以及电场或应变辅助开关在内的机制已被应用于切换各种自旋电子器件中的磁化。然而，它们的运行速度从根本上受限于自旋进动时间，需长于 10-100 皮秒。克服这一速度限制对于自旋电子学的未来发展至关重要。在此，我们报道了仅使用单一电信波段红外激光脉冲实现磁性隧道结（MTJ）——自旋电子逻辑与存储的基本构建单元——的皮秒全光开关的演示。首个可光控的 MTJ 使用亚铁磁体 GdFeCo 作为自由层，其开关状态通过测量具有 0.6% 的 DR/R 比值的隧穿磁阻来直接读出。实验演示了受仪器限制的 MHz 开关重复率，但其基本限制应高于数十 GHz。这一结果向集成光自旋电子器件迈出了重要一步，该类器件结合了自旋电子学与光子学技术，以实现电子自旋与光子这两种基本信息载体之间的超快转换。