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

現在，德國亥姆霍茲國家研究中心聯合會(HZB)的一個團隊在BESSY II儲存環上開發了一種新方法，用來量化這些機制。他們將其應用于稀土元素釓，其磁性是由4f和5d殼層上的電子引起的。這項研究由該團隊對鎳和鐵鎳合金進行的一系列實驗組成，了解相關機制有助于開發超快數據存儲設備。相關成果近日發表于《應用物理快報》。

新材料應該使信息處理更有效，例如通過超快自旋電子設備，以更少的能量輸入存儲數據。但到目前為止，超快退磁的微觀機制尚未被完全理解。通常，為了研究退磁過程，科學家會向樣品發送一個超短激光脈沖來加熱它，然后分析系統在之后的第一皮秒內的演變。

“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驗，比如從-120℃到450℃下對釓的實驗，以及更高的溫度下(1000℃)對鎳和鎳鐵合金的實驗。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、電子和自旋子系統的溫度隨時間而變化。換句話說，通過將系統置于一定溫度下，我們在超短激光脈沖后的給定時間捕獲晶格條件，并在那里進行測量。”

元素釓有4f和5d的電子軌道，這有助于實現它的鐵磁性。溫度越高，結晶樣品振動越多。正如物理學家所說，聲子的數量越多，由電子與聲子從晶格中散射而產生的自旋翻轉就越有可能發生。

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

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