[发明专利]一种基于一阶旋向偏振涡旋光的旋向依赖全光磁反转方法

说明书

本发明公开了一种基于一阶旋向偏振涡旋光的旋向依赖全光磁反转方法，由于偏振奇点和相位奇点在聚焦空间中的相互作用，拓扑荷为+1和‑1的一阶旋向偏振涡旋光在聚焦空间中将分别产生左旋圆偏振场和右旋圆偏振场，在高数值孔径条件下，一阶旋向偏振涡旋光产生横向尺寸小于传统圆偏振光聚焦光斑横向尺寸的圆偏振聚焦场。利用本发明方法所实现的旋向依赖全光磁反转区域面积将比传统圆偏振光所产生的反转区域面积小30％，为超高密度、超快磁存储提供有效的解决方法。

技术领域

本发明属于光磁存储技术领域，具体涉及一种基于一阶旋向偏振涡旋光束的旋向依赖全光磁反转方法技术。

背景技术

磁存储在数据存储领域中扮演着十分重要的角色。例如，当今被广泛使用的硬盘(Hard Disk Drive,HDD)便利用磁存储技术对庞大的信息数据进行海量存储和快速处理。随着科学的进步，人们不断地发展和革新磁存储技术。在过去的二十年里，以逻辑比特“0”和“1”作为存储单元的垂直记录数字存储技术被广泛地应用于高密度磁存储中。在此技术中，人们利用外加垂直磁场(即磁场方向垂直于磁材料表面)来实现对磁材料磁化单元的垂直反转控制。为了能够更长时间稳定地保存记录信息，大矫顽力的磁材料常被用作为存储媒介。为此，外加强磁场便成为实现高密度垂直磁记录的必要条件。然而，目前商业产品化的磁头只能产生小于2.4T的有限磁场，给高密度垂直磁记录带来了巨大的困难。为解决这一问题，人们提出了结合激光脉冲辐射的热辅助磁记录方法(Heat assisted magneticrecording,HAMR)。激光脉冲可快速提升磁材料的温度，迅速减小磁材料的矫顽力，进而减小所需的外加磁场。尽管如此，在外界磁场的作用下，磁材料的电子自旋是以进动的形式来完成反转过程，其特征时间为几个纳秒，这便大大限制了磁反转的速率。可见，如何实现超快的磁反转成为了磁学领域的重要议题。

2007年，全光磁反转(All-optical magnetic switching,AOS)被人们首次提出(C.D.Stanciu,et al.,Phys.Rev.Lett.99,047601(2007))。研究表明，在无任何外加磁场的条件下，仅利用脉宽为40fs的圆偏振激光脉冲作为激发源，亚铁磁材料GdFeCo便可实现旋向依赖的全光磁反转(All-optical helicity-dependent switching,AO-HDS)。由于这一磁反转过程是通过Gd和Fe亚晶格间强烈的交换耦合作用来实现(I.Radu,et al.,Nature472,205(2011))，其反转时间可缩短至100ps之内(K.Vahaplar,et al.,Phys.Rev.Lett.103,117201(2009))。这为超快磁记录提供了有效途径。然而，目前人们仅在低数值孔径条件下利用圆偏振入射光在亚铁磁材料(GdFeCo、TbCo、TbFe等)或铁磁材料(Co/Pt多层材料、FePtAgC颗粒膜等)上进行全光磁记录，其空间横向反转尺寸停留在微米尺度，不利于高密度数据存储。因此，如何获得具有圆偏振态的小空间尺度聚焦光斑对超高密度、超快磁存储至关重要。

一阶旋向偏振涡旋光的偏振态为旋向偏振态(Azimuthal polarization)，其相位具有拓扑荷为±1，即0～2π，的螺旋分布。在高数值孔径聚焦条件下，此种光束聚焦光斑横向尺寸远小于传统圆偏振光聚焦光斑，且具有纯横向圆偏振态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用一阶旋向偏振涡旋光来实现旋向依赖全光磁反转的全新的技术方案。

为实现本发明的目的，所采用的方案为：一种基于一阶旋向偏振涡旋光的旋向依赖全光磁反转方法，包括偏振态为旋向偏振态的入射光，且该入射光具有拓扑荷为±1的螺旋相位分布；

将拓扑荷为+1或-1的入射光照射在磁存储媒介上，使磁存储媒介发生旋向依赖全光磁反转；

所述磁存储媒介为能够实现旋向依赖全光磁反转的亚铁磁材料或铁磁材料。