Новости космоса и технологий. » Физика » Динамика намагничивания редкоземельных металлов и роль сверхбыстрой генерации магнонов

Динамика намагничивания редкоземельных металлов и роль сверхбыстрой генерации магнонов

Опубликовал: Admin, 30-09-2020, 01:01, Физика, 67, 0

Динамика намагничивания редкоземельных металлов и роль сверхбыстрой генерации магнонов
Science Advances , doi: 101126 /sciadv.abb1601" width = "800" height = "480">

В редкоземельном магнетизме преобладают локализованные 4f-электроны по сравнению с внутренними переходными металлами (которые в основном состоят из лантаноидов) и не могут быть напрямую возбуждены оптическим лазерным импульсом. В результате сверхбыстрое размагничивание редкоземельных металлов включает в себя отдельный процесс в отличие от других элементов периодической таблицы. Во время размагничивания редкоземельных металлов исследователи задействуют возбуждение магнонов - квазичастиц, рассматриваемых как квантованная спиновая волна. В новом отчете опубликовано Успехи науки , Б. Фритч и группа ученых-мультидисциплинарных ученых в области физики, астрономии, математики и суперкомпьютеров из Германии, Швеции и Чехии разобрали сверхбыструю динамику 5d6s и 4f магнитные моменты валентной зоны в тербий (Tb) металлический используя фотоэмиссионная спектроскопия с временным разрешением . Основываясь на результатах размагничивания, они установили связь спинов 4f со структурой решетки через орбитальный момент, чтобы обеспечить важный механизм, управляющий динамикой намагничивания в технических материалах с сильным магнитная анизотропия .

Понимание явлений сверхбыстрого спина

Фундаментальная цель Физика конденсированного состояния это понять природу сверхбыстрый спиновые явления в условиях сильной неравновесности. Когда исследователи возбуждают материал с помощью фемтосекундный оптический импульс , файл валентные электроны выталкиваются из равновесия во время лазерного импульса. Валентные электроны обычно находятся на внешней оболочке связанного атома и могут участвовать в химической связи. В период времени, в течение которого система достигает теплового равновесия между возбужденными электронами, решеткой и спиновые системы среда на короткое время переходит в переходное состояние неравновесности. В этом состоянии могут возникать ранее неизвестные явления, которые до сих пор не регистрировались при тепловом равновесии магнитной системы.

Таким образом, отчетливое неравновесное поведение спиновых систем дает возможность понять решающие связи между электронами, фононы и спины, управляющие динамикой намагниченности после фемтосекундного лазерного возбуждения. Ученые ранее установили сверхбыстрое размагничивание никеля и даже предложил механизмы спин-решеточная связь относительно редкоземельных металлов. В этой работе Frietsch et al. подготовлены пленки тербия редкоземельного элемента металл при толщине 10 нм для фотоэмиссионные спектры с угловым разрешением (ARPES), в которых они объединили канал генерации гармоник высшего порядка (HHG) с конечная станция сверхвысокого вакуума и использовал ближний инфракрасный (NIR) лазер в качестве импульса накачки с его гармониками в качестве зондирующего импульса, чтобы понять спиновые явления.


Science Advances , doi: 101126 /sciadv.abb1601"> Что такое ферромагнитный дихроизм

Ученые использовали магнитный линейный дихроизм (MLD) в фотоэмиссионных спектрах с угловым разрешением (ARPES), что было сравнимо с магнитооптическим Эффект Керра . Сигнал MLD был пропорционален намагниченности образца во время теплового равновесия. Когда они сравнили магнитный линейный дихроизм низкоспиновой и высокоспиновой составляющих Tb, они не обнаружили значительной разницы. Поэтому, чтобы понять динамику намагничивания с Tb, ученые сравнили моменты 5d и 4f с сообщалось ранее результаты на гадолиний (Gd) - еще один редкоземельный металл. Frietsch et al. экспериментально вывел магнитную систему из состояния равновесия и объединил измерения обменного расщепления валентной зоны и магнитного линейного дихроизма, чтобы понять динамику 5d- и 4f-спинов. Когда они сравнили разрешенную по орбите динамику моментов 5d и 4f в двух редкоземельных металлах Gd и Tb, оказалось, что оптическое возбуждение действует быстрее и эффективнее для Tb по сравнению со спиновой подсистемой 5d в Gd.

Достижения науки , doi: 101126 /sciadv.abb1601">

Спин-фононная связь

Чтобы лучше понять качественные мнения, выявленные в исследовании, команда проанализировала динамику намагничивания с помощью спиновой модели с орбитальным разрешением. В ходе экспериментов Frietsch et al. возбуждали спиновую динамику 5d и 4f с помощью тепловых флуктуаций электронной системы и фононного термостата. Они определили динамику намагничивания обоих металлов, связав подсистему полного 4f спина с фононной системой. В то время как сильная спин-фононная связь поддерживала сверхбыстрый фемтосекунда (одна квадриллионная секунды) динамика в Tb, слабое спин-фононное взаимодействие привело к более медленному пикосекунда (одна триллионная секунды) динамика 4f магнитного момента в Gd.

Напротив, команда отметила магнитный момент 5d, чтобы показать сверхбыстрый отклик в обоих металлах, поскольку электроны валентной зоны были связаны с системой 4f и в этом случае напрямую возбуждались лазерным импульсом. 5d магнитный момент Tb, таким образом, почти соответствует сверхбыстрой динамике гораздо большего 4f магнитного момента металла. Неколлинеарное расположение двух локальных моментов представляло собой разные степени возбуждения спиновых подсистем 5d и 4f. Данные моделирования спиновой динамики согласуются с экспериментальными работами.

Итог

Таким образом, измерения с помощью зонда с накачкой выявили совершенно разную динамику сверхбыстрого размагничивания для редкоземельных металлов тербия (Tb) и гадолиния (Gd). Между тем спиновый момент 5d и локализованный момент 4f в Tb продемонстрировали удивительно похожие константы распада. Своеобразное поведение между Tb и Gd позволило исследователям выявить существенный механизм сверхбыстрой динамики намагниченности путем связывания спина 4f с решеткой через орбитальный момент, что привело к сверхбыстрым возбуждениям магнонов. Чтобы получить дальнейшее представление о своей работе, команда сравнила результаты с предыдущие эксперименты по размагничиванию.

Используя фотоэлектронную спектроскопию с временным и угловым разрешением, Б. Фритч и его коллеги зарегистрировали обменное расщепление валентной зоны и магнитный линейный дихроизм 4f, чтобы понять принципиально разную спиновую динамику двух редкоземельных металлов (Tb и Gd). Результаты подчеркивают решеточные взаимодействия как решающий ингредиент для понимания оптического переключения на микромасштабе в редкоземельных металлах.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии