磁固體可以用短激光脈沖迅速退磁，目前市場上已經(jīng)有了根據(jù)這一原理運(yùn)行的所謂熱輔助磁記錄(HAMR)存儲器。然而，超快退磁的微觀機(jī)制仍然不清楚。

現(xiàn)在，德國亥姆霍茲國家研究中心聯(lián)合會(HZB)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在BESSY II儲存環(huán)上開發(fā)了一種新方法，用來量化這些機(jī)制。他們將其應(yīng)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(xiàng)研究由該團(tuán)隊(duì)對鎳和鐵鎳合金進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)組成，了解相關(guān)機(jī)制有助于開發(fā)超快數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。相關(guān)成果近日發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》。

新材料應(yīng)該使信息處理更有效，例如通過超快自旋電子設(shè)備，以更少的能量輸入存儲數(shù)據(jù)。但到目前為止，超快退磁的微觀機(jī)制尚未被完全理解。通常，為了研究退磁過程，科學(xué)家會向樣品發(fā)送一個(gè)超短激光脈沖來加熱它，然后分析系統(tǒng)在之后的第一皮秒內(nèi)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溫度，并在許多溫度下開展了實(shí)驗(yàn)，比如從-120℃到450℃下對釓的實(shí)驗(yàn)，以及更高的溫度下(1000℃)對鎳和鎳鐵合金的實(shí)驗(yàn)。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(tǒng)的溫度隨時(shí)間而變化。換句話說，通過將系統(tǒng)置于一定溫度下，我們在超短激光脈沖后的給定時(shí)間捕獲晶格條件，并在那里進(jìn)行測量。”

元素釓有4f和5d的電子軌道，這有助于實(shí)現(xiàn)它的鐵磁性。溫度越高，結(jié)晶樣品振動(dòng)越多。正如物理學(xué)家所說，聲子的數(shù)量越多，由電子與聲子從晶格中散射而產(chǎn)生的自旋翻轉(zhuǎn)就越有可能發(fā)生。

利用非彈性X射線散射(RIXS)方法，物理學(xué)家不僅能夠確定在給定溫度下聲子的數(shù)量，而且還能夠區(qū)分聲子與4f電子和5d電子之間的相互作用。他們使用嚴(yán)格的X射線光譜對稱選擇規(guī)則，成功區(qū)分了4f和5d電子的散射率。

數(shù)據(jù)表明，局域4f電子與聲子之間幾乎沒有散射，散射過程大多發(fā)生在5d電子與聲子之間，只有在這樣的場合會發(fā)生自旋翻轉(zhuǎn)。“眾所周知，電子—聲子散射是超快退磁的主要觸發(fā)因素之一，我們的方法證明，這只適用于5d電子。有趣的是，它還顯示存在一個(gè)溫度閾值，這取決于材料——低于這個(gè)閾值就不會發(fā)生這種機(jī)制。正如理論預(yù)測的那樣，這表明在較低溫度下存在另一種微觀機(jī)制。”Decker說。(馮維維)