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【时间|加热磁铁“冷冻”时间】测量过程中使样品保持恒定温度的发光灯丝。图片来源：HZB
磁固体可以用短激光脉冲迅速退磁，目前市场上已经有了根据这一原理运行的所谓热辅助磁记录（HAMR）存储器。然而，超快退磁的微观机制仍然不清楚。
现在，德国亥姆霍兹国家研究中心联合会（HZB）的一个团队在BESSY II储存环上开发了一种新方法，用来量化这些机制。他们将其应用于稀土元素钆，其磁性是由4f和5d壳层上的电子引起的。这项研究由该团队对镍和铁镍合金进行的一系列实验组成，了解相关机制有助于开发超快数据存储设备。相关成果近日发表于《应用物理快报》。
新材料应该使信息处理更有效，例如通过超快自旋电子设备，以更少的能量输入存储数据。但到目前为止，超快退磁的微观机制尚未被完全理解。通常，为了研究退磁过程，科学家会向样品发送一个超短激光脉冲来加热它，然后分析系统在之后的第一皮秒内的演变。
我们的方法有所不同。该研究主要作者Regis Decker解释说，在范围识别过程中，我们将样品保持在一定温度，并在许多温度下开展了实验，比如从-120℃到450℃下对钆的实验，以及更高的温度下（1000℃）对镍和镍铁合金的实验。这让我们能够量化不同温度下，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而变化。换句话说，通过将系统置于一定温度下，我们在超短激光脉冲后的给定时间捕获晶格条件，并在那里进行测量。
元素钆有4f和5d的电子轨道，这有助于实现它的铁磁性。温度越高，结晶样品振动越多。正如物理学家所说，声子的数量越多，由电子与声子从晶格中散射而产生的自旋翻转就越有可能发生。
利用非弹性X射线散射（RIXS）方法，物理学家不仅能够确定在给定温度下声子的数量，而且还能够区分声子与4f电子和5d电子之间的相互作用。他们使用严格的X射线光谱对称选择规则，成功区分了4f和5d电子的散射率。
数据表明，局域4f电子与声子之间几乎没有散射，散射过程大多发生在5d电子与声子之间，只有在这样的场合会发生自旋翻转。众所周知，电子—声子散射是超快退磁的主要触发因素之一，我们的方法证明，这只适用于5d电子。有趣的是，它还显示存在一个温度阈值，这取决于材料——低于这个阈值就不会发生这种机制。正如理论预测的那样，这表明在较低温度下存在另一种微观机制。 Decker说。