同步辐射x射线观测的超快自旋动力学

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东京大学的研究人员和他们的合作者在位于日本中部和西部的SPring-8 BL07LSU同步加速器设施中成功地观察到了铁和铂薄膜的超快旋转动力学。这个实验装置是日本唯一的同步加速器装置，划时代的结果可能会导致未来对磁性材料中自旋动力学的系统研究。
【同步辐射x射线观测的超快自旋动力学】
随着最近的技术革新，利用磁圆二色性进行的测量——在同步加速器设备中使用软x射线(波长相对较长的x射线)进行的测量——已经使得通过元素来确定组成原子的磁化强度成为可能。小体积样品，如薄膜和纳米结构；因此，这些进展不仅为材料科学的应用铺平了道路，也为未来使用自旋电子学的电子器件(涉及电荷和旋转的电子器件)提供了这些改进。在自旋电子学中，自旋是由激光和其他光源而不是磁场来控制的，因为很难通过电流将大磁场精确地施加到更快器件的一小部分来控制自旋。
在东京大学固体物理研究所(ISSP)项目研究员KouTakubo和副教授HirokiWadati领导的研究中，该团队利用铁铂薄膜这种铁磁性绝缘合金，成功测量了时间分辨的磁圆二色性——用激光照射材料引起现象，然后立即用同步辐射软X射线照射，测量磁圆二色性——在ISSPBL07LSU光束线上(一套实验仪器) 。
通过测量不同的激光强度，研究小组发现退磁所需的激光强度阈值明显不同。这种阈值是光诱导相变的典型特征。通过这次测量，科学家们成功观测到了50皮秒(50万亿分之一秒)内的超快光致退磁，这是同步辐射X射线的时间分辨率。从目前的结果，我们可以期望观察到具有一个以上磁性元素的合金中的元素特定自旋动力学，不仅阐明磁化机制，而且阐明激光磁化反转的机制。
“这是ISSPSPring-8 BL07LSU束线中自旋动力学研究的第一步，”Wadati说。他继续说，“我们预计这项研究将导致自由自旋操纵，包括激光诱导磁化反转。我们的目标是利用同步辐射X射线和X射线自由电子激光器系统地研究磁性材料中的自旋动力学。”