隨機存取記憶體 (Random Access Memory, RAM) 是電腦內部最主要的記憶體，其中又 分為揮發性的動態隨機處理記憶體 (Dynamic Random Access Memory, DRAM) 與非揮發性 靜態隨機處理記憶體 (Static Random Access Memory, SRAM) 兩大類1-6，近幾年又有同時兼
具運算、儲存能力的新世代記憶體如磁阻式隨機存取記憶體 (Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM) 、可變電阻式記憶體 (Resistive Random-Access Memory, RRAM)7,8
等等。其中本文特別要講述的是MRAM，MRAM 是由兩個鐵磁層磁矩方向的變化，使得單 元 (Cell) 量測到的電阻不同來紀錄資訊，具有低耗能、非揮發、半永久的特性，再藉由巨 磁阻 (Giant Magnetoresistance, GMR) 效應，分辨出磁區的 1 和 0 兩種位元，GMR 效應來自
於極化後的電子流，電流流過固定磁化方向的磁性層時，電子被極化，而被極化的電子穿過 磁性穿隧界面 (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) 後，抵達的磁性層如和固定層磁化方向相同 時，電流會順利通過，但是如果方向相反，則自旋電子會被與該反平行磁性層中的磁矩散射，
變得難以流通，使得電阻上升。傳統的MRAM 利用磁場來改變寫入層的磁矩，這個方式的 缺點是需要使用較大的電流來產生感應磁場，以及因單元尺寸的縮小，使得感應磁場與旁邊 區域單元重疊，易使資訊寫入產生錯誤。因此，人們開始研究自旋電流對磁性的改變，自旋 傳輸力矩磁性隨機存取記憶體 (Spin-Torque Transfer MRAM, STT-MRAM) 因此接著誕生，
STT-MRAM 的竄紅乃因其優點是讀取寫入過程中皆無須磁場參與，因此可以把元件小型化。
藉由大量的極化電子流將自旋矩傳遞給寫入層，以改變寫入層的磁性位元9-13。但有一難以 克服的缺點是，寫入電流直接流經MTJ，容易產生多餘廢熱，使得元件的壽命下降，所以近
幾年陸續有自旋軌道轉矩式磁性隨機存取記憶體 (Spin-Orbital-Torque MRAM, SOT-MRAM)
的研究14-16，其與STT-MRAM 最大的不同是電流無須流過 MTJ，這項特性使的元件的壽命
大幅上升。SOT-MRAM 的原理為，當電流流經具有強自旋軌道作用的重金屬層時，會產生 自旋霍爾效應，因而引起自旋軌道矩影響磁性層磁化方向17。MRAM 另一個缺點是，隨著 材料厚度小到一定尺寸時，材料將無法維持其鐵磁性的特性。近幾年來，有研究指出磁性材 料與二維材料之間的耦合可使二維材料變成磁性材料18,19。因此，二維材料與磁性材料的結 合將很有潛力被用來替MRAM 簡化結構和縮小尺寸。另外，既然電流與磁場分別都能夠改 變鐵磁性材料的磁性，那麼同時具有電場以及磁場特性的光是否也能夠用來改變材料的磁 性，這也是這篇論文想要探討的部分。
由Nature Materials 中於 2014 年由 S. Mangin 發表的文章可知，脈衝光加上不同的自旋 角動量 (Spin-Angular-Momentum, SAM) ，可以高效又高速的改變特定區域的數據寫入，從 而使記憶體不再受限於體積，而是以光點大小來當作數據庫的基本單位，使容量可以大幅的 增長20，但是使用受限於其使用飛秒脈衝雷射，與日常使用雷射所需要的功耗差異過大，限 制了日常應用的發展。另外，光除了SAM 外，還有軌道角動量 (Orbital-Angular Momentum, OAM) 這個自由度可以探討。本文所探討帶有 OAM 的光為拉蓋爾高斯 (Laguerre-Gaussian, LG) 光束，LG 光束與物質交互作用時，因為光電場梯度使電子受到一梯度力而流動來產生 電流，並且是環形的驅動電流。再由右手定則可以計算出此環形電流感應出的磁場21。
本論文將呈現一系列實驗數據，論述帶有OAM 的光如何改變樣品的磁各向異性，並推
束照射在Co/Ru/Co 系統上，可以將磁性材料從鐵磁性轉換成順磁性、也可以改變磁易軸的 角度，說明 LG 光束對磁性材料的影響。接著將磁性材料鈷 (Co) 與二維材料二硫化鉬 (MoS2) 結合，因其鈷-硫鍵結導致的層間耦合，使得此異質界面，不需多層系統也可以同 IEC 系統般，有鎖定寫入層的效果。經過LG 光束的照射後，發現同樣可以使磁易軸偏轉，間接 證明Co/ MoS2可以當作 MRAM 結構的一種。期望未來可以推廣到使用磁性半導體，在大 幅的簡化結構的同時，使用將光點大小當作單元大小，利用LG 光束寫入磁訊號並使用磁光 柯爾效應 (Magneto-Optical Kerr Effect, MOKE) 讀取訊號，甚或至未來可以用磁阻方式讀取 電流訊號，發展出一個低功耗、非揮發、半永久、高反應速度、高元件壽命的全新MRAM 結構。