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      作者:馮麗妃 來源:中國科學報 發布時間:2021/10/22 11:52:22
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      超快磁性:加熱磁鐵,“冷凍”時間
       
       
       
      圖片顯示了測量過程中使樣品保持恒定溫度的發光燈絲。圖片來源:德國亥姆霍茲國家研究中心聯合會
       
      磁固體可以用短激光脈沖迅速退磁,市場上已經有了根據這一原理發揮作用的所謂的熱輔助磁記錄(HAMR)存儲器。然而,超快退磁的微觀機制仍然不清楚。
       
      現在,德國亥姆霍茲國家研究中心聯合會(HZB)的一個團隊在BESSY II儲存環上開發了一種新的方法來量化這些機制之一,他們將其應用于稀土元素釓,其磁性是由4f和5d殼層上的電子引起的。這項研究是由該團隊對鎳和鐵鎳合金進行的一系列實驗組成的,了解相關機制有助于開發超快數據存儲設備。相關成果先后發表于《應用物理快報》《科學報告》等期刊。
       
      新材料應該使信息處理更有效,例如通過超快自旋電子設備以更少的能量輸入存儲數據。但到目前為止,超快退磁的微觀機制尚未被完全理解。通常,研究退磁過程是通過向樣品發送一個超短激光脈沖,從而加熱它,然后分析系統在之后的第一皮秒內的演變。
       
      “我們的方法有所不同。”該研究主要作者Regis Decker解釋說,“在范圍識別過程中,我們將樣品保持在一定的溫度,在許多溫度下開展了實驗,比如從-120℃到450℃對釓的實驗,以及更高的溫度下(1000℃)對鎳和鎳鐵合金的實驗。這讓我們能夠量化不同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而變化。換句話說,通過將系統置于一定溫度下,我們在超短激光脈沖后的給定時間捕獲晶格條件,并在那里進行測量。”
       
      元素釓有4f和5d的電子軌道,都有助于它的鐵磁性。溫度越高,結晶樣品振動越多。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而產生的自旋翻轉就越有可能發生。
       
      利用非彈性X射線散射(RIXS)方法,物理學家不僅能夠確定在給定溫度下聲子的數量,而且還能夠區分聲子與4f電子和5d電子之間的相互作用。使用嚴格的X射線光譜對稱選擇規則,成功地區分了4f和5d電子的散射率。
       
      數據表明,局域4f電子與聲子之間幾乎沒有散射,但散射過程大多發生在5d電子與聲子之間,只有這樣的場合會發生自旋翻轉。“眾所周知,電子-聲子散射是超快退磁的主要觸發因素之一,我們的方法證明,這只適用于5d電子。有趣的是,它還顯示了存在一個溫度閾值,這取決于材料,低于這個閾值就不會發生這種機制。正如理論預測的那樣,這表明在較低溫度下存在另一種微觀機制。”Decker說。
       
      相關論文信息:
       
      https://doi.org/10.1063/5.0063404
       
      https://doi.org/10.1038/s41598-021-81177-9
       
      https://www.nature.com/articles/s41598-019-45242-8
       
       
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