只有原子厚度的范德瓦爾斯磁體（van der Waals magnets）在業內被公認為是未來磁性數據存儲和快速數據處理的最終緊湊介質。然而事實證明，想要實時控制這些材料的磁性狀態是困難的。不過現在由代爾夫特理工大學（TU Delft）領導的一個國際研究小組已經成功地利用光學特性來按需改變范德瓦爾斯反鐵磁體的各向異性 (anisotropy)，為新的、極其有效的數據存儲手段鋪平道路。
Oscillating Spins Crop
雖然構成范德瓦爾斯磁體的原子層看起來非常脆弱，但它們的強度要比鋼鐵強大 200 倍。不幸的是，這種機械強度並不一定能轉化為強大的磁力特性。其原因是，在二維空間中，這些磁體的磁序變得特別容易受熱。任何高於絕對零度（-273°C）的溫度都會激活微觀自旋方向的隨機波動，這可能會使磁秩序完全崩潰。
抵消熱各向異性的唯一方法是將磁旋轉更多地粘在材料的某些方向，也就是物理學家口中的誘發“磁各向異性”（magnetic anisotropy）。這樣做使磁旋更難改變其方向，從而使其排序溫度（稱為居里溫度）遠遠高於絕對零度。換句話說，控制低維磁體中的各向異性，為控制其排序溫度鋪平了一條直接的道路，從而控制磁力本身。
在他們的研究中，這個由來自荷蘭、西班牙和烏克蘭的研究人員組成的國際團隊使用超短光脈衝（比一秒鐘短一萬億倍），來誘導二維范德瓦爾斯反鐵磁體中的磁各向異性。那麼為何想到會使用光呢？Andrea Caviglia 博士解釋說：“因為它是一個非常方便的控制按鈕。你可以簡單而迅速地打開和關閉它，從而按需操縱各向異性，這正是我們想要開始使用這些材料進行高效數據存儲所需要的”。
通過系統地改變從可見光到近紅外光的顏色，科學家們還發現，並非每一種類型的光都能產生磁各向異性。為了誘發這一特性，光的顏色需要與改變電子的軌道狀態所需的能量相匹配。也就是說：要改變電子圍繞帶正電的原子核旋轉的方式。由於電子自旋和它的軌道運動緊密相連，光的激發誘發了各向異性，這導致了二維自旋波運動。
代爾夫特理工大學的博士生Jorrit Hortensius說：“這種運動是連貫的–整個自旋集合在高頻下同相運動。”這是一個優雅的、同時也是幾乎通用的解決方案，可以在幾乎任何二維磁體中操縱磁各向異性”。在這個原理驗證實驗中，研究小組表明，各向異性可以在極短的時間內被光誘導，幾乎與光脈衝的持續時間相同。然而，在實際應用中，磁體的變化需要持續更長的時間。
科學家們希望，具有更長持續時間的光脈衝可能有助於實現這一目標。目前在雷根斯堡大學工作的 Dmytro Afanasiev 博士說：”我們希望更長的光脈衝甚至可以促進磁秩序超過平衡有序溫度，這樣我們就可以實時觀察有序狀態如何從磁混亂中產生。這肯定會增加我們對這些范德瓦爾斯磁體中磁性的理解”。