科学家发现了一种利用圆偏振太赫兹光切换超稳定铁轴材料的方法，为下一代非易失性数据存储技术铺平了道路。

现代生活离不开数字技术，其中每一条信息都借助由0和1构成的简单二进制编码进行存储。这意味着，从理论上讲，任何能在两种稳定状态间持续切换的物理系统，都可用于存储数字数据。

铁性材料是一类天然具备此类特性的固体物质。其中最为人熟知的当属铁磁体，这类材料能够使磁化方向呈相反状态排列；而铁电体则可维持相反的电极化状态。由于这些状态可通过磁场或电场轻松改变，铁性材料在当代数据存储设备与电子系统中占据核心地位。

尽管这些材料颇具效用，但仍存在显著缺陷。它们易受外力干扰，例如硬盘附近的强磁场，且其性能常随时间推移而下降。这些局限性促使科学家们探索新型材料，以期研发出更稳定、更耐用的数据存储方案。

新型稳定性类别

铁轴材料是铁性材料家族中的新晋成员。这类固体材料不具有磁态或电态，而是承载着电偶极子涡旋，这些涡旋可沿两个相反方向排列，且不会产生净磁化或电极化现象。此类结构极为稳定，不受外场影响，但也正因如此，其调控难度极高，导致相关研究至今仍进展有限。

由安德烈亚·卡瓦莱里（Andrea Cavalleri）带领的研究团队，利用圆偏振太赫兹光脉冲，在一种名为铷铁二钼酸盐（RbFe(MoO₄)₂）的材料中，实现了顺时针和逆时针铁轴畴之间的切换。

“当太赫兹脉冲驱动晶格中的离子做圆周运动时，会产生一种合成有效场，我们正是利用了这一特性，”该研究论文的第一作者曾志阳说道。

他补充道：“这种有效场能够与铁轴态相耦合，正如磁场能改变铁磁体状态，或电场能反转铁电态一样。”

解锁非易失性超高速数据存储技术

共同作者迈克尔·福斯特（Michael Först）继续说道：“通过调节圆偏振光脉冲的螺旋度或扭转度，我们能够有选择地稳定电偶极子的顺时针或逆时针旋转排列，从而以这种方式实现在两种铁性状态下的信息存储。由于铁轴体不受去极化电场或杂散磁场的影响，因此它们是稳定、非易失性数据存储的极具潜力的候选材料。”

安德烈亚·卡瓦列里（Andrea Cavalleri）表示：“这一激动人心的发现，为开发超高速信息存储的强大平台开辟了新的可能性。它还展示了，首次于2017年在我团队中实现的环形声子场，正如何成为控制奇异材料相态的新资源。”

参考文献：曾Z（Z. Zeng）、弗尔斯特M（M. Först）、费希纳M（M. Fechner）、普拉巴卡兰D（D. Prabhakaran）、拉达埃利P. G.（P. G. Radaelli）和卡瓦列里A（A. Cavalleri）所著《光致非易失性可重写铁轴向开关》，发表于2025年10月9日《科学》杂志。 DOI：10.1126/science.adz5230

该研究工作主要得到了马克斯·普朗克学会以及马克斯·普朗克量子材料研究生院的资助，同时得到了与牛津大学合作项目的支持。马克斯·普朗克结构与动力学研究所（MPSD）还与卓越集群“CUI：物质高级成像”建立了合作关系，并获得了德国科学基金会（Deutsche Forschungsgemeinschaft）的资助。此外，MPSD还是自由电子激光科学中心（CFEL）的合作伙伴，与德国电子同步加速器研究所（DESY）及汉堡大学共同开展研究。