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通过“定格时间”,科学家发现了激光脉冲能快速消磁的背后机制

前瞻网    2021-10-19 19:27

 

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只需要一个短的激光脉冲,科学家就可以将一个磁性固体可以快速消磁。目前,市面上已经有所谓的HAMR(热辅助磁记录)存储器根据这一原理运作。然而,超快消磁的微观机制仍然不清楚。现在,HZB的一个团队在BESSY II开发了一种新方法来量化消磁的其中一个机制,他们将其应用于稀土元素钆,其磁性是由4f和5d壳上的电子引起的。这项研究完成了该团队对镍和铁镍合金所做的一系列实验。了解这些机制对于开发超高速数据存储设备很有帮助。

通常情况下,研究消磁过程的方法是向样品发送一个超短激光脉冲,从而将其加热,然后分析系统在之后的第一皮秒内如何演变。但是这项研究的方法与往常有所不同。研究人员将样品钆保持在一定温度之下(-120°C到450°C),这使他们能够量化每个温度下声子对超快退磁的影响,其中晶格、电子和自旋子系统的温度随时间变化。换句话说,通过将系统放置在某个温度下,研究人员对超短激光脉冲后某一特定时间的晶格状况进行捕捉,并对此进行测量。

钆元素有4f和5d电子轨道,这两个轨道对其铁磁特性有贡献。温度越高,晶体样品的振动就越大。正如物理学家所说:声子的数量越多,由于电子与声子从晶格中散射,就越有可能发生自旋翻转。

使用非弹性X射线散射(RIXS)的方法,物理学家不仅能够确定在特定温度下声子的数量,而且能够区分声子与4f-和5d-电子之间的相互作用。利用严格的X射线光谱对称性选择规则,该评估成功地区分了4f电子和5d电子的散射率。

数据显示,局部的4f电子和声子之间几乎没有任何散射,但大部分的散射过程发生在5d电子和声子之间,因此自旋翻转只发生在这里。这项研究证明了电子-声子散射,已知是超快消磁的主要触发因素之一,只适用于5d电子。有趣的是,它还显示了一个温度阈值的存在,这取决于材料,在此温度之下这一机制不会发生。这表明在较低的温度下存在另一种微观机制,正如理论所预测的那样。

研究题为'Spin-lattice angular momentum transfer of localized and valence electrons in the demagnetization transient state of gadolinium',发表于Applied Physics Letters期刊上。

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责任编辑: 3976DBC

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