通過“定格時間”，科學家發現了激光脈沖能快速消磁的背后機制

只需要一個短的激光脈沖，科學家就可以將一個磁性固體可以快速消磁。目前，市面上已經有所謂的HAMR（熱輔助磁記錄）存儲器根據這一原理運作。然而，超快消磁的微觀機制仍然不清楚。現在，HZB的一個團隊在BESSY II開發了一種新方法來量化消磁的其中一個機制，他們將其應用于稀土元素釓，其磁性是由4f和5d殼上的電子引起的。這項研究完成了該團隊對鎳和鐵鎳合金所做的一系列實驗。了解這些機制對于開發超高速數據存儲設備很有幫助。

通常情況下，研究消磁過程的方法是向樣品發送一個超短激光脈沖，從而將其加熱，然后分析系統在之后的第一皮秒內如何演變。但是這項研究的方法與往常有所不同。研究人員將樣品釓保持在一定溫度之下（-120°C到450°C），這使他們能夠量化每個溫度下聲子對超快退磁的影響，其中晶格、電子和自旋子系統的溫度隨時間變化。換句話說，通過將系統放置在某個溫度下，研究人員對超短激光脈沖后某一特定時間的晶格狀況進行捕捉，并對此進行測量。

釓元素有4f和5d電子軌道，這兩個軌道對其鐵磁特性有貢獻。溫度越高，晶體樣品的振動就越大。正如物理學家所說：聲子的數量越多，由于電子與聲子從晶格中散射，就越有可能發生自旋翻轉。

使用非彈性X射線散射（RIXS）的方法，物理學家不僅能夠確定在特定溫度下聲子的數量，而且能夠區分聲子與4f-和5d-電子之間的相互作用。利用嚴格的X射線光譜對稱性選擇規則，該評估成功地區分了4f電子和5d電子的散射率。

數據顯示，局部的4f電子和聲子之間幾乎沒有任何散射，但大部分的散射過程發生在5d電子和聲子之間，因此自旋翻轉只發生在這里。這項研究證明了電子-聲子散射，已知是超快消磁的主要觸發因素之一，只適用于5d電子。有趣的是，它還顯示了一個溫度閾值的存在，這取決于材料，在此溫度之下這一機制不會發生。這表明在較低的溫度下存在另一種微觀機制，正如理論所預測的那樣。

研究題為"Spin-lattice angular momentum transfer of localized and valence electrons in the demagnetization transient state of gadolinium"，發表于Applied Physics Letters期刊上。

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論文原文

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0063404

標簽： 通過 激光 背后 消磁