教育新闻网相对于内部过渡金属(主要由镧系元素组成)，稀土磁性受局部4f电子支配，并且不能通过光学激光脉冲直接激发。结果，与元素周期表中的其他元素相比，稀土金属的超快退磁涉及一个独特的过程。在稀土金属退磁期间，研究人员涉及了磁振子的激发，准磁子是一种准粒子，被视为量化的自旋波。在现在发表在《科学进展》上的新报告中，B。Frietsch和德国，瑞典和捷克共和国的物理学，天文学，数学和超级计算领域的多学科科学家团队，解开了5d6s和4f价带磁矩的超快动力学。铽(Tb)的金属使用时间分辨光电子能谱。基于去磁的结果，他们通过轨道动量建立了4f自旋与晶格结构的耦合，从而提供了驱动具有强磁各向异性的技术材料中磁化动力学的基本机制。
了解超快速旋转现象
凝聚态物理的基本目的是了解强非平衡条件下超快自旋现象的性质。当研究人员使用飞秒光脉冲激发材料时，价电子在激光脉冲的持续时间内被推离平衡。价电子通常驻留在缔合原子的外壳中，并且可以参与化学键。在系统达到激发电子，晶格和自旋系统之间热平衡的时间范围内，介质会短暂经历非平衡的瞬态。在此状态下可能会发生以前未知的现象，迄今为止在磁性系统的热平衡下尚未记录。
因此，自旋系统独特的非平衡行为为理解飞秒激光激发后驱动磁化动力学的电子，声子和自旋之间的决定性耦合提供了机会。科学家先前已经建立了镍的超快退磁方法，甚至提出了相对于稀土金属的自旋-晶格耦合机制。在这项工作中，Frietsch等人。铽稀土制备的薄膜金属以10纳米厚为角分辨光电子能谱(ARPES)的实验中，在那里它们结合的高次谐波生成(HHG)束线用超高真空端站 使用近红外(NIR)激光器作为泵浦脉冲，并以谐波作为探测脉冲来了解自旋现象。
了解铁磁二色性
科学家在角度分辨光发射光谱(ARPES)中使用了磁线性二向色性(MLD)，这与磁光Kerr效应相当。MLD信号与热平衡期间的样品磁化强度成正比。当他们比较Tb的低和高自旋分量的磁性线性二向色性时，他们没有观察到显着差异。为了了解铽磁化的动态，因此，科学家们比较了在5D和4F的时刻之前报道的结果钆(Gd)-另一种稀土金属。Frietsch等。实验使磁系统失去平衡，并结合了价带交换分裂和磁线性二向色性的测量结果，以了解5d和4f自旋的动力学。当他们比较两种稀土金属Gd和Tb中5d和4f矩的轨道分辨动力学时，与Gd的5d自旋子系统相比，光激发似乎对Tb更快，更有效。
自旋声子耦合
为了进一步了解研究中揭示的定性意见，研究小组使用了轨道分辨自旋模型分析了磁化动力学。在实验过程中，Frietsch等人。利用电子系统的热涨落和声子热浴激发了5d和4f自旋动力学。他们通过将整个4f自旋子系统耦合到声子系统来确定两种金属的磁化动力学。强自旋声子耦合在Tb中支持超快速飞秒(每秒1万亿分之一秒)动力学，而弱自旋声子耦合导致Gd中4f磁矩的皮秒动力学(每秒1万亿分之一秒)更慢。
相比之下，该团队注意到5d磁矩在两种金属中均显示出超快响应，因为在这种情况下，价带电子与4f系统耦合并被激光脉冲直接激发。因此，Tb的5d磁矩几乎与金属更大的4f磁矩的超快动力学相平行。两个现场力矩的非共线排列表示5d和4f自旋子系统的激发程度不同。自旋动力学的仿真数据与实验工作吻合。
结果
通过这种方式，泵浦探针测量显示出稀土(Tb)和g(Gd)稀土金属的超快退磁动力学有很大不同。同时，Tb中的5d自旋矩和局部4f矩表现出非常相似的衰减常数。Tb和Gd之间的特殊行为使研究人员能够通过轨道动量将4f自旋耦合到晶格，从而确定超快磁化动力学的基本机制，从而导致了超快磁振子的激发。为了进一步了解他们的工作，研究小组将结果与以前的消磁实验进行了比较。
B. Frietsch及其同事使用时间分辨和角度分辨光电子能谱记录了价带交换分裂和4f磁性线性二向色性，以了解两种稀土金属(Tb和Gd)的根本不同的自旋动力学。结果突出了晶格相互作用，这是理解稀土金属微观尺度光学转换的决定性成分。
