一种发光源与光控磁导率层交替堆叠的多层材料结构及其应用的制作方法

本发明涉及功能复合材料，具体涉及一种光-磁复合多层材料结构，特别是一种通过发光源与光控磁导率层交替堆叠，利用光源对光控磁导率层进行原位光照调控的多层堆叠复合材料结构。所述发光源包括单面发光纳米光源层和双面发光纳米光源层两种基本形式。该结构可广泛应用于需要快速、可逆调节磁导率的各类器件与装置中。

背景技术：

1、在磁学与自旋电子学领域，存在一类被称为“光控磁导率材料”或“光致磁导率变化材料”的智能材料。其核心特性是宏观磁导率能够随外加光辐照发生显著且可逆的变化。典型的材料体系包括：铁磁金属薄膜（如镍、坡莫合金）、钇铁石榴石（yig）等。

2、然而，在实际工程应用中，直接使用这些光控磁导率材料构建器件面临着难以调和的物理矛盾。一方面，为实现快速、高效的光致磁导率变化，材料需要足够薄，以确保光能有效作用于材料全厚度；另一方面，为在磁路中提供有效的磁屏蔽或低磁阻通路，材料又需要具有足够的总厚度。

3、现有技术中，相近技术领域研究主要集中在以下方向：磁光多层膜结构利用外加磁场或温度改变材料的光学性质，其调控方向与本发明相反；含光导层的磁光多层膜利用光导层产生电流以改变磁化方向，而非调控磁导率的大小；光控电磁超表面利用光敏材料的电导率变化调控电磁波的传输特性，其调控对象并非材料的磁导率。另有研究通过表面等离激元共振增强光与物质的相互作用，但其目的在于提高现有光照条件下的效率，而非解决深层磁膜的光照穿透问题。关于多层膜热效应的研究则主要集中在磁光存储领域，分析激光照射下的温度场分布以优化记录功率，而非解决多层堆叠结构中光源层数多导致的工程化散热难题；

4、综上，现有技术均未涉及以光辐照直接调控磁导率为核心目的的多层交替堆叠结构。同时，在实现此类结构并将其工程化应用的过程中，本发明的发明人首次洞察并定义了以下四类在现有技术中从未被系统性提出或讨论过的技术障碍：

5、（1）在光源与磁膜交替堆叠的构型中，若每层光控磁导率层对应一层独立单面光源，非磁性光源层体积占比高，稀释整体磁性，且光源层数多导致发热量大；

6、（2）单面光源的构型限制了单层磁膜的可调控厚度，光穿透深度成为制约磁膜厚度上限的瓶颈；

7、（3）多层交替堆叠结构在垂直膜面方向的等效磁导率极低，当磁通需要垂直膜面进出旁路时形成巨大磁阻瓶颈，而这一问题在现有光控磁导率研究领域从未被定义或关注；

8、（4）当堆叠层数增加以获取更大导磁截面积时，内部缺乏有效散热途径，热累积严重，影响器件稳定性与寿命，这一问题在现有技术中同样未被作为工程可靠性问题加以研究；

9、因此，现有技术中不仅缺乏实现光控磁导率多层膜工程化的有效结构方案，甚至从未认识到上述四类技术障碍的存在及其相互关联性。本发明正是基于对这些首创性洞察的技术障碍的系统性解决而完成的。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、本发明旨在解决现有光控磁导率多层膜结构中磁性材料占比低、发热大、垂直磁阻高以及散热困难等问题，提供一种基于发光源与光控磁导率层交替堆叠的多层材料结构，所述发光源可根据应用需求采用单面发光或双面发光形式，具有高磁材占比、可用于高效磁通旁路且散热优良的特点。

3、（二）技术方案

4、一种光-磁复合多层材料结构，包括：

5、至少一层光控磁导率层，由磁导率随外加光辐照显著且可逆变化的智能材料构成；

6、至少一层纳米光源层，由可电控发光的材料构成；

7、所述纳米光源层与所述光控磁导率层交替堆叠设置，其特征在于，所述纳米光源层能够发出可控光辐照，对紧邻其至少一侧的光控磁导率层施加光照，以改变其磁导率；

8、在优选实施方式中，所述纳米光源层为双面发光纳米光源层，其两个相对的主表面均能发出可控光辐照，分别对紧邻其两侧的光控磁导率层施加光照；

9、需要说明的是，上述以双面发光纳米光源层作为优选实施方式进行描述。在本发明的整体技术构思中，所述纳米光源层（可统称为发光源）可以是双面发光形式，也可以是单面发光形式。当采用单面发光纳米光源层时，其从一侧主表面发出可控光辐照，对紧邻其受光侧的光控磁导率层施加光照；该方案可配合内嵌于光控磁导率层中的钉状结构阵列，实现磁膜全深度范围内的均匀磁导率调控。无论采用单面还是双面发光形式，均属于本发明所披露的发光源与光控磁导率层交替堆叠技术方案的范畴；

10、在本发明中，所述光控磁导率层的核心特征在于其磁导率变化由光子吸收引发的超快非平衡电子热效应主导，而非依赖传统热扩散或宏观温升效应。该物理机制将本发明的优选调控方式与依赖材料整体温度变化实现磁导率改变的方案区分开来。上述机制描述用于帮助理解本发明的技术原理，但应理解，凡采用本发明所披露的双面光源与光控磁导率层交替堆叠结构并实现光致磁导率可逆变化的技术方案，无论其具体物理机制如何，均可能落入本发明的保护范围；

11、关于本发明结构在不同驱动条件下可实现的物理机制配置，详见本说明书后文关于调控机制的灵活配置说明。

12、需要特别指出的是，本发明所依赖的“光控磁导率”机制，其物理本质为光子吸收引发的超快、非平衡电子热效应。在飞秒至皮秒时间尺度的光脉冲或光子能量涨落下，光控磁导率层材料中的电子体系被选择性激发，瞬间形成电子温度远高于晶格温度的非平衡态，由此触发磁有序的破坏（退磁）。这一机制在时间尺度（皮秒-纳秒级开关）、空间尺度（能量沉积被严格限制在纳米级磁膜内）和能效特性（对器件整体的热预算极低）上，与依赖热扩散的、毫秒级响应的宏观加热退磁有着显著区别。本发明通过结构设计，是对这一超快、超局域非平衡过程的精确利用与工程化，区别于简单光热转换。

13、基于上述机制，在本说明书的语境下，术语“光控磁导率层”可被理解为特指满足以下全部条件的智能材料层：（1）其磁导率变化由光子吸收引发的非平衡电子热效应主导；（2）在无光照或弱光照条件下呈高磁导率状态（相对磁导率记为μ_high）；（3）在受到达到或超过阈值光子通量的光辐照时呈低磁导率状态（相对磁导率记为μ_low）；（4）高、低磁导率状态的开关比μ_high/μ_low大于10。所述“阈值光子通量”是指使光控磁导率层完成从高磁导率状态到低磁导率状态转变所需的最小光子通量，其具体数值取决于所选材料体系、膜厚及工作波长，但均处于本领域技术人员通过常规实验可确定的范围内。

14、然而，应明确理解，上述定义是为帮助理解本发明优选实施方案的技术原理而提供，并非意在限制本发明的保护范围。凡采用本发明所限定的双面发光纳米光源与光控磁导率层交替堆叠结构，并利用光辐照实现磁导率可逆变化的技术方案，无论其是否严格满足上述定义中的全部条件，均可能落入本发明的保护范围之内。

15、当光辐照撤除后，光控磁导率层材料中被激发的电子体系在飞秒至皮秒时间尺度内通过电子-晶格耦合快速冷却，与晶格重新建立热平衡。磁有序在皮秒至纳秒级时间尺度内自发恢复，材料磁导率迅速回归初始高磁导率状态。这一恢复过程同样由材料本征的超快电子-晶格弛豫特性决定，无需外部干预，从而保证了器件“光开-光关”的完整超快开关循环能力。

16、在一种优选实施方式中，为突破单层光控磁导率层厚度受限于光学穿透深度的瓶颈，所述光控磁导率层内部还可设置有由多个钉状结构构成的阵列。所述钉状结构由在所述纳米光源层发光波长范围内具有显著局域表面等离子体共振效应的材料构成，且贯穿所述光控磁导率层的至少部分厚度。该钉状结构阵列的物理功能为“等离子体光天线与能量注入器”：当光子到达光控磁导率层时，钉状结构通过等离子体共振效应将光场能量高效汇聚至纳米尺度，并将所吸收的光子能量沿其整个长度方向注入到周围磁性材料中，以改变其磁导率。此方案将原有“光子自上而下穿透膜层”的一维吸收模型，改造为“钉状结构阵列分布式横向注入”的三维体吸收模型，使得光控磁导率层的厚度不再受限于材料本征的光学穿透深度，而取决于钉状结构的制备长度。

17、作为所述钉状结构阵列的一种优选变型，所述钉状结构的受光端（朝向纳米光源层的主表面）可具有扩大的接收部结构，形成“光收集天线”。具体而言，所述钉状结构包括一体成型的接收部和注入部：所述接收部位于所述光控磁导率层的受光主表面，具有大于所述注入部的横截面积，用于增强对入射光子的等离子体共振吸收；所述注入部从所述接收部向所述光控磁导率层内部延伸，用于将所述接收部吸收的光子能量沿其长度方向注入到周围磁性材料中；所述接收部可呈盘状、锥状、半球形、半圆形、球形或其他具有扩大横截面积的几何形态。

18、作为所述钉状结构阵列的另一种优选变型，相邻钉状结构的接收部可相互连接，形成一个或多个更大的接收部。这种连接扩大了有效光子接收面积，提高了光子利用效率。在进一步优选的方案中，多个或全部钉状结构的接收部可连接成一个整体的接收部层。该接收部层位于所述光控磁导率层的受光主表面，与所述纳米光源层相邻，其下方伸出多个注入部，贯穿所述光控磁导率层的至少部分厚度。该整体接收部层与多个注入部构成的复合结构，将光子接收功能与能量注入功能在面内和纵深两个维度上进行分离优化：接收部层作为连续的面状结构，大面积、高效率地接收光子并激发等离子体共振；注入部阵列则将能量定向、均匀地注入磁性材料深层。该构型可视为前述独立钉状结构方案向面内方向扩展的极限形态，也可视为金属层配合注入部方案中金属层与注入部一体成型的具体实现方式；

19、需要说明的是，所述接收部层在形态上可以是一个整体连续的接收部层，与所有注入部的顶端连接；也可以是多个独立设置的接收部层，每个接收部层与一组注入部的顶端连接。在后一形态中，各接收部层可具有较大的接收面积，例如通过将相邻注入部的接收部相互连接而形成。多个独立接收部层的方案便于实现分区调控和热管理优化，整体接收部层的方案则最大化了光子接收面积和能量注入效率。上述各种形态均落入本发明的保护范围之内。

20、优选地，所述接收部呈盘状、锥状、半球形、半圆形或球形形态，其横向尺寸优选为50nm-200nm，厚度优选为10nm-30nm；所述注入部的直径优选为5nm-30nm，长度优选为所述光控磁导率层厚度的50%-100%。上述接收部与注入部相分离的构型将光吸收功能与能量注入功能在空间上进行分离优化，进一步提升了光子利用效率和磁导率调控的均匀性。

21、在上述方案中，每一层双面发光纳米光源层同时从其上下两个主表面发出光，从而一层光源可同时为紧邻的两层光控磁导率层提供光子通量。这带来了两个核心优势：其一，磁性材料在整体结构中的体积占比大幅提升；其二，也是更为关键的，在达到退磁所需的阈值光子通量时，双面光源使得每一侧磁膜所承受的峰值光功率密度显著低于单面光源方案。这一特性直接抑制了磁膜-光源界面处的瞬时能量冲击强度，从根本上增强了多层膜在反复、高占空比操作下的长期可靠性与寿命。同时，光源层减半也降低了总电功率载荷。

22、由于采用双面发光纳米光源层的交替堆叠结构，一层光源可同时为紧邻其两侧的两层光控磁导率层提供光子通量。在此结构下，单层光控磁导率层的厚度优选为30nm-50nm，进一步优选为40nm。该厚度范围的选择是基于多重优化：它与光学穿透深度相匹配，确保膜层对目标波长光子的高效体吸收；同时，在此结构下，它可平衡结构刚性与磁通承载能力，并为光源层提供了合理的堆叠周期。得益于优选材料体系的本征超快响应特性，膜厚方向上的吸收时序差异对退磁均匀性无实际影响。纳米光源层的厚度范围为2nm-100nm，优选为5nm-20nm。当采用内嵌钉状结构阵列方案时，单层光控磁导率层的厚度上限可进一步拓展。此处所述“加厚”，是指通过内嵌钉状结构阵列，使光控磁导率层的实际可调控厚度突破材料本征光学穿透深度的限制，其具体厚度可根据钉状结构的制备长度进行适配调整，不再受限于材料本征的光学穿透深度。

23、所述纳米光源层的发光材料选自微型发光二极管、量子点发光材料、二维材料电致发光薄膜、有机发光二极管薄膜、或它们的组合。所述双面发光功能通过采用上下透明电极结构实现，或通过二维材料的本征双面发光特性实现。具体而言，在一种实现方式中，所述双面发光纳米光源层包括依次叠置的第一透明电极、发光层和第二透明电极，所述第一透明电极和第二透明电极的材料优选为透明导电氧化物（如氧化铟锡ito、掺铝氧化锌azo等），使得所述发光层在通电时从其两个相对的主表面同时出光。在另一种实现方式中，所述双面发光纳米光源层由过渡金属硫族化合物（tmd）垂直异质结构成的电致发光薄膜构成。该异质结由单层或少数层的n型tmd材料（如mos_2）与p型tmd材料（如wse_2）垂直堆叠而成，形成原子级厚度的p-n结界面。在通电条件下，该界面区域产生电致发光，所发出的光能够从所述异质结薄膜的上、下两个相对的主表面同时射出。此外，所述双面发光功能还可通过将两个单面光源背靠背贴合、或采用单面光源配合光反射层等替代方式实现，详见本说明书实施例二中关于双面光源与单面光源替代方案的说明。

24、为进一步提升光子利用效率、降低无效光热转化，所述纳米光源层与光控磁导率层之间被配置为具备光学匹配特征：优选地，所述纳米光源层的电致发光峰值波长与所述光控磁导率层材料的吸收峰波长基本重合；在所述纳米光源层与光控磁导率层之间的界面处，各层材料折射率被设计为渐变或满足减反射条件，以最小化光子界面反射，促使光子最大限度地进入磁膜层被体吸收。

25、所述光控磁导率层的智能材料选自具有皮秒级光致非平衡退磁特性的铁磁金属薄膜（如镍、坡莫合金）、钇铁石榴石、光致相变锰氧化物、铁氧体、金属-有机框架中的一种或多种。所述“皮秒级光致非平衡退磁特性”是指：在飞秒至皮秒时间尺度的光激发下，材料中的电子体系被选择性激发，瞬间形成电子温度远高于晶格温度的非平衡态，从而在皮秒至纳秒时间尺度内触发磁有序的破坏，该过程由光子吸收引发的超快电子动力学主导，而非宏观热扩散效应，是所述材料在所述时间尺度下的本征响应特性。满足该特性的材料包括但不限于铁磁金属薄膜（如镍、坡莫合金）、铁-钴合金薄膜等。优选为坡莫合金（nife合金），其超快光致退磁时间尺度在200-400飞秒，是本领域通过超快光谱学方法确认的公知特性。其中，铁磁金属薄膜（如镍、坡莫合金、铁-钴合金）是已确认满足上述特性的优选材料体系。该智能材料满足：在无光或弱光状态下呈高磁导率状态（相对磁导率μ_high），在强光照射下呈低磁导率状态（μ_low），且μ_high/μ_low>10。

26、关于光控磁导率调控方向与物理机制的说明

27、上述实施例主要以光控退磁型材料（在光照下磁导率降低）为例进行说明，但本发明的保护范围不限于此。本发明所披露的双面发光纳米光源与光控磁导率层交替堆叠结构，同样适用于光控增磁型材料——即在外加光辐照下磁导率升高、撤除光照后磁导率降低的智能材料。这类材料包括但不限于：某些光致相变锰氧化物、光致电荷转移型金属-有机框架、以及通过光诱导缺陷态调控磁各向异性的复合氧化物薄膜等；

28、同理，虽然上述实施例侧重于光子吸收引发的非平衡电子热效应机制，但本发明所保护的结构方案不依赖于该特定物理机制。任何能够响应外加光辐照而发生磁导率显著可逆变化的智能材料，无论其微观机制是超快非平衡效应、光致结构相变、光致电荷转移、光致离子迁移、还是宏观热效应，只要其与本发明所述的双面发光纳米光源层交替堆叠，形成多层复合结构，均落入本发明的保护范围之内；

29、当采用光控增磁型材料时，所述磁路调控功能器件的工作逻辑相应调整为：纳米光源层全部开启时，光控磁导率层呈高磁导率状态，导通磁通旁路；纳米光源层全部关闭时，光控磁导率层呈低磁导率状态，阻断磁通旁路。这一逻辑与退磁型方案相反，但完全属于本发明的技术构思之内，本领域技术人员可根据所选材料的光响应特性进行相应配置。

30、进一步地，为适应强磁场（如>1t的永磁电机内部磁场）工作环境，所述光控磁导率层的智能材料还可选自具有更高饱和磁化强度的铁磁合金薄膜。优选地，所述光控磁导率层采用铁-钴合金（fe-co合金）薄膜，其饱和磁化强度μ_om_s可达约2.4t，在1t级外磁场下仍处于未饱和状态，可保持高磁导率和完整的光致退磁开关比。另一优选方案为富铁镍铁合金（富fe-nife）薄膜，通过调整fe/ni比例使其饱和磁化强度提升至1.5-1.8t。上述高饱和度合金薄膜均可通过磁控溅射等标准薄膜沉积工艺制备，其超快光致退磁物理机制与坡莫合金相同，退磁时间尺度在200-400飞秒，开关比>10。通过替换为高饱和度合金，本发明所述多层复合结构在强磁场下的性能衰减可被显著抑制，开关比在全磁场区间内保持>10。

31、进一步地，所述光控磁导率层本身可采用多层复合铁磁薄膜结构。通过将具有不同功能特性的铁磁材料子层进行叠层设计，可实现性能互补。例如：将高饱和磁化强度的feco合金子层与极低磁致伸缩系数的nife合金子层交替叠合，使复合膜在获得高bs的同时兼具低应力敏感性；或将feco与非晶conbzr子层叠合，利用非晶结构阻碍feco晶粒长大，获得纳米晶/非晶复合结构，在保持高饱和磁化强度的同时获得极低矫顽力；或将feco与反铁磁材料子层（如irmn）叠合，利用界面交换偏置效应为feco层提供单向各向异性场，突破工作频率限制。这些多层复合铁磁薄膜方案均落入本发明的保护范围之内。

32、在上述结构的基础上，为适应磁通旁路应用，消除垂直方向的磁阻瓶颈，本发明在优选方案中还包括：在所述多层复合结构的磁通进出端面处，设置有由各向同性高磁导率材料构成的导通桥。所述导通桥覆盖该端面的至少一部分，并与各光控磁导率层的边缘接触，为磁通在外部磁路与膜内面内方向之间提供低磁阻过渡。该导通桥材料优选为块体坡莫合金，也可为其他高磁导率软磁合金。

33、在本说明书中，术语“光-磁复合多层材料结构”泛指包含交替堆叠的光控磁导率层与纳米光源层而形成的多层复合结构。在优选实施方案中，所述纳米光源层为双面发光纳米光源层。在应用于磁通旁路等磁路调控场景的优选实施方案中，该复合体的磁通进出端面还设置有导通桥，从而形成功能完整的预制构件。

34、进一步地，为解决高堆叠密度下的内部散热问题，所述结构中还间隔插入有至少一层高导热率散热层。所述散热层由具有高面内导热率的材料构成，其面内导热率优选高于所述光控磁导率层和/或所述纳米光源层的面内导热率，更优选不低于1000w/m·k，以实现高效横向热传导。所述高导热率散热层平行于各功能层设置，位于两层光控磁导率层之间，且在该位置不设置纳米光源层，或通过绝缘层与相邻光源层电隔离。优选地，所述高导热率散热层为石墨烯散热层，也可选自六方氮化硼纳米片薄膜、碳纳米管薄膜、高导热陶瓷薄膜或它们的组合。石墨烯具有极高的面内导热率（3000-5000w/m·k），可将光源产生的热量快速横向导出至侧壁散热器。优选地，每10-100层光控磁导率层之间插入一层该高导热率散热层；更优选每50层插入一层。

35、需要特别指出的是，本发明所采用的散热层布局，利用了双面发光纳米光源层的结构优势。在多层堆叠结构中，一个基本单元由“第一光控磁导率层-双面发光纳米光源层-第二光控磁导率层”构成。当多个基本单元重复堆叠时，相邻基本单元之间存在天然的层间界面——即上一个基本单元的第二光控磁导率层与下一个基本单元的第一光控磁导率层紧密相邻，该界面处在该基本单元结构中不设置纳米光源层。本发明将高导热率散热层设置于上述天然存在的层间间隙中，因此散热层的引入既不减少纳米光源层的层数，也不影响任何一层光控磁导率层的光照调控功能。这一设计使得散热能力的提升与光控性能的保持得以同时实现，是高堆叠密度下实现长期高占空比稳定工作的关键。

36、关于散热层布局方式的说明

37、上述实施例以散热层设置于两层相邻光控磁导率层之间（即利用双面光源结构天然形成的层间间隙）作为优选方案进行说明。该优选方案的核心优势在于：利用双面光源一层光源管两层磁膜的结构特点，散热层可利用多层堆叠结构中形成的层间间隙进行设置，既不增加光源层数，也不减少磁性材料占比，实现了零代价的散热能力提升；

38、然而，本发明的保护范围不限于此。在替代性实施方案中，所述高导热率散热层也可设置于光控磁导率层与纳米光源层之间，即采用“光控磁导率层-散热层-纳米光源层-光控磁导率层”的交替堆叠顺序。在该方案中，散热层通过绝缘层与相邻的纳米光源层电隔离，以避免电气短路。该方案同样能够实现内部散热的技术效果，但在磁性材料占比和整体发热量方面，可能逊于前述将散热层设置于两层相邻光控磁导率层之间的优选方案。但仍落入本发明所披露的“在多层堆叠结构中内嵌高导热率散热层以解决热累积问题”的技术构思之内；

39、需要指出的是，现有技术中已存在在多层结构中集成冷却元件、或在功能层之间插入导热夹层的方案。然而，上述方案均未认识到双面发光纳米光源层交替堆叠结构中，相邻基本单元之间天然存在的层间间隙的散热利用价值。在现有技术的教导下，每层光控磁导率层通常需要紧邻一层纳米光源层以实现光控调控，这构成了“不应在两层磁膜之间删除光源层”的反向教导。本发明克服了这一技术偏见，首次利用双面光源结构的天然间隙放置散热层，从而在引入散热功能的同时，无需减少光源层数或牺牲任何一层光控磁导率层的光照调控功能，实现了散热性能与光控性能的协同优化；

40、因此，上述“不影响光照的位置”，在双面发光纳米光源层方案中，具体为相邻基本单元的两层光控磁导率层之间的间隙；在单面发光纳米光源层方案中，具体为单面光源的非发光背面与相邻光控磁导率层的非受光背面之间的间隙。上述位置均为所述多层材料结构中由交替堆叠形成的、原本不承担光照功能的内部层间间隙。

41、关于散热层与光控功能协调的说明：

42、需要指出的是，所述高导热率散热层的设计不会影响光控功能的正常实现。在超快非平衡电子热效应主导的配置下，磁状态切换在皮秒至纳秒时间尺度内完成，在时间尺度上显著区别于散热层的热传导过程，散热层主要用于持续导出光源稳态工作产生的热量。在宏观热效应主导的配置下，可通过调整散热层的插入间隔、材料导热率、图案化设计以及光源的发光功率和脉冲持续时间等参数，在磁膜达到退磁所需温度与防止热累积之间实现优化平衡。因此，散热层的引入在提升热管理能力的同时，不会对光控磁导率变化功能产生实质性不利影响。

43、所述多层复合结构的基本堆叠单元可以是：第一光控磁导率层、双面发光纳米光源层、第二光控磁导率层。多个该基本单元重复堆叠形成整体。堆叠的总层数n（指光控磁导率层的总层数）优选为200≤n≤2500，更优选为800≤n≤2000。当n=800时，总厚度约40μm；当n=2000时，总厚度约100μm。在所述优选范围内，经理论推算，整个结构的等效面内相对磁导率可达800-1200。

44、关于调控机制的灵活配置说明

45、需要特别指出的是，本发明所披露的双面发光纳米光源与光控磁导率层交替堆叠结构，其工作时的主导物理机制可根据实际应用需求，通过调整驱动条件进行灵活配置，而无需改变所述交替堆叠的基本结构构型。所述结构中的光控磁导率层厚度、纳米光源层厚度、堆叠总层数以及钉状结构的具体尺寸等结构参数，均可根据目标应用场景进行适配调整；

46、当采用飞秒至纳秒级脉冲光源时，光子能量在极短时间尺度内注入磁性材料电子体系，器件的磁状态切换由超快非平衡电子热效应主导，实现皮秒至纳秒级响应。该配置特别适用于对开关速度要求极高的中小微型精密器件；

47、当采用连续或长脉冲光源、增大光源层发光功率时，光子能量更多地转化为磁性材料的晶格温升，器件的磁状态切换可由宏观热效应主导，实现微秒至毫秒级响应。该配置虽然响应速度慢于非平衡机制，但因其热容量大、结构尺寸可根据需要增大、整体鲁棒性更强，在控制目标较大的装置（如大型电机、工业磁路调控设备等）中反而具有更高的工程实用价值；

48、上述两种配置均保持本发明所限定的交替堆叠构型不变，仅通过调整驱动条件和结构尺寸参数实现，均落入本发明所披露的结构方案的保护范围之内。上述两种配置系用于说明本发明结构在不同驱动条件下可实现的主导物理机制的典型示例。应当理解，如本发明前文所述，任何能够响应外加光辐照而发生磁导率显著可逆变化的物理机制——包括但不限于超快非平衡效应、光致结构相变、光致电荷转移、光致离子迁移以及宏观热效应——均可通过适配相应的驱动条件和结构参数，在本发明所限定的交替堆叠构型下实现，并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员可根据目标应用场景对开关速度、装置尺寸、功耗、热管理等因素的综合需求，通过常规实验确定具体参数组合，无需创造性劳动即可实现；

49、此外，在对于开关速度要求不高、但对成本较为敏感的应用场景中，本领域技术人员可以主动选择将本发明结构调整为以宏观热效应为主导的工作模式。具体而言，可通过以下一种或多种方式实现：适当增加光控磁导率层的堆叠层数和/或单层厚度，以增大热容量并延长热扩散时间；减少或省略高导热率散热层的插入频率，以利于热量在膜层内部的累积与均匀分布；采用连续或长脉冲光源并提高发光时长，使光子能量更多地转化为磁性材料的晶格温升等方式。上述方式的组合可使器件的磁状态切换由宏观热效应主导，实现微秒至毫秒级响应，同时降低对光源脉冲宽度、峰值功率以及散热系统的要求，从而显著降低系统整体成本。该主动选择方案同样是本发明同一多层堆叠结构在不同工程需求下的合理应用配置，完全落入本发明的保护范围之内。

50、本发明还提供一种磁路调控功能器件，包含上述光-磁复合多层材料结构。该器件可用于需要快速、可逆磁导率调控的各类装置。包括但不限于，在一优选应用中，该器件将所述结构安装于电机定子齿的侧面，使膜面平行于齿壁，从而在磁旁路工作时磁通沿各光控磁导率层的面内高磁导率方向流动，并通过所述导通桥顺畅进出。在其他应用中，该器件也可用作高速磁屏蔽开关、可编程磁路元件或自旋电子学器件中的磁态调控模块。

51、（三）有益效果

52、1.磁性材料占比大幅提升：通过双面光源设计，单层磁膜厚度加倍至40nm，光源层数减少一半，经理论推算，磁性材料占比可由原先的约67%提高至80%以上，等效面内磁导率显著提高（例如可达约1200）；

53、2.功耗与热可靠性显著优化：双面光源结构使得达到退磁阈值的单侧峰值光功率密度大幅降低，有效减缓了磁膜界面的瞬态热冲击，极大提升了器件的抗疲劳特性和寿命。同时，光源层总数减少近半，降低了整体电功耗载荷，并结合内嵌散热层可实现稳定的长期高占空比工作；

54、3.加厚磁膜的能量注入均匀性：在采用内嵌钉状结构阵列的方案中，钉状结构将光能沿膜厚方向均匀注入磁性材料，解决了传统方案中光通量随深度指数衰减导致的深层区域能量不足问题，使得单层磁膜厚度可突破材料本征光学穿透深度的限制，实现全厚度范围内的均匀磁导率调控；

55、4.彻底消除垂直磁阻瓶颈：通过导通桥与非垂直磁路安装，磁通全程沿高磁导率面内方向流动，完全避开多层膜垂直方向等效磁导率极低（接近1至3）的限制。经理论推算，在磁通旁路应用中，旁路磁阻可降至气隙磁阻的1/5以下；

56、5.内部散热能力强：内嵌石墨烯散热层提供了高效的面内导热通道，解决了高堆叠层数下的热累积难题，使器件可高占空比长期稳定工作；

57、6.响应速度范围宽：得益于本发明结构的灵活配置能力，器件的磁状态切换响应速度可根据驱动条件和结构参数，覆盖从皮秒级到毫秒级的宽范围。在优选的非平衡机制配置下可实现皮秒至纳秒级超快响应，开关比>10；在宏观热效应配置下可实现微秒至毫秒级响应，适用于对速度要求较低但装置尺寸较大的应用场景；

58、7.结构紧凑可集成：总厚度可根据堆叠层数和单层厚度灵活设计，在优选方案中总厚度可控制在数十至上百微米量级（例如40-100μm），适合片上集成或贴附于电机定子侧面；

59、8.强磁场适应性：通过采用高饱和磁化强度的铁-钴合金或富铁镍铁合金替代坡莫合金，本发明结构在>1t的强磁场环境下仍能保持高开关比和磁通旁路效率，突破了坡莫合金在强磁场下易饱和、光控性能衰减的限制。