Tailoring femtosecond hot-electron pulses for ultrafast spin manipulation
我们测量了M（x nm）/Cu（100 nm）/[Co（0.6 nm）/Pt（1.1 nm）]_2多层膜的热电子感生退磁。我们发现，在给定的激光功率下，Pt层比[Co/Pt]X，Cu或MgO层更有效地将IR光子脉冲转换为热电子脉冲。当M（x）= Pt（7 nm）时，相对退磁幅度最大。我们的实验结果与基于超扩散自旋输运模型的数值模拟定性一致。我们的结论是，最大的相对退磁幅度，这对应于最高的光子转换成热电子，是一个相互作用的IR穿透深度和热电子的非弹性平均自由程内的覆盖层。
2020-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of ultrafast demagnetization rate and Gilbert damping driven by femtosecond laser-induced spin currents in Fe81Ga19/Ir20Mn80 bilayers
在自旋电子学应用中，超快自旋动力学必须通过飞秒激光辐射控制在飞秒（fs）时间尺度。在这样的超快时间尺度下，应考虑吉尔伯特阻尼因子α对超快退磁时间的影响。在以前的探索这两个参数之间的关系，它被发现，基于局域自旋翻转散射模型的理论计算与实验结果不一致。在Fe_（81）Ga_（19）（FeGa）/Ir_（20）Mn_（80）（IrMn）双层膜中，α的非常规IrMn厚度依赖性是由从铁磁（FM）FeGa层到反铁磁（AFM）IrMn层的自旋电流和从AFM层到FM层的自旋电流之间的竞争引起的.更重要的是，我们建立了超快去磁速率的变化与自旋电流通过界面自旋化学势引起的吉尔伯特阻尼增强之间的比例关系。我们的工作为超快光生自旋电流主导系统中的超快退磁时间和Gilbert阻尼之间的联系搭建了一座桥梁，不仅解释了τ M与α关系的实验和理论结果之间的不一致，而且为超快自旋动力学提供了进一步的认识.
2019-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Super-Diffusive Spin-Transport as a Mechanism of Ultrafast Demagnetization
本文提出了一个半经典模型，描述了飞秒激光在超扩散区中由于自旋极化激发电子扩散引起的退磁。我们的方法对待有限的流逝的时间和运输空间之间的多个电子碰撞，以及在样品中的几个金属膜的存在。数值求解导出的输运方程，我们表明，这种机制占实验观察到的退磁在200 fs内的镍，而不需要调用任何角动量耗散通道。
2011-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural dynamics during laser induced ultrafast demagnetization
飞秒激光脉冲引起的超快磁化动力学的机制仍然是难以捉摸的，尽管对这一现象进行了二十年的深入研究。到目前为止，大多数实验集中在表征磁化和载流子动力学，而第一次直接测量的结构动力学在超快退磁只是最近才报道。本文研究了红外激光脉冲在Ni薄膜中引起的超快退磁过程，该过程同时表征了磁化和结构动力学。这是通过采用飞秒时间分辨X射线共振磁反射（tr-XRMR）作为探针技术。实验结果明确地揭示了亚皮秒磁化淬灭伴随着非磁性X射线反射率的强烈变化。这些变化随反射角而变化，并且已经观察到高达30 $\%$的变化。建模的X射线反射率的调查薄膜，我们可以重现这些变化的表观Ni层厚度的变化高达1 $\%$。扩展这些模拟到更大的入射角，我们表明，TR-XRMR可以用来区分目前讨论的模型描述的超快退磁现象之间的实验。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Femtosecond Photoexcited Carrier Dynamics in Reduced Graphene Oxide Suspensions and Films
我们报告了飞秒光激发载流子在单层还原氧化石墨烯片悬浮在水中，以及几层厚的膜沉积在铟锡氧化物涂层玻璃板使用泵浦-探测差分透射光谱在790 nm的超快响应。载流子弛豫动力学有三个组成部分：~200 fs，1至2 ps和~25 ps，所有这些都与泵浦能量密度无关。可以看出，分配给热光学声子的寿命的第二分量（1至2 ps）对于悬浮液中的石墨烯较大，而另外两个时间常数对于悬浮液和膜两者是相同的。三阶非线性极化率的值估计从泵探测实验获得的悬浮液的开孔Z扫描结果进行了比较。
2011-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tracing the thermal mechanism in femtosecond spin dynamics
我们比较飞秒泵浦探测实验在镍和微磁模型的基础上的Landau-Lifshitz-Bloch方程耦合到一个双温度模型，揭示了一个主要的热超快退磁机制。我们发现，自旋（飞秒退磁）和电子-声子（磁化恢复）率在镍增加作为激光泵浦能量密度的函数。高注量的减慢是由于纵向弛豫时间的增加。
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Hot electron driven enhancement of spin-lattice coupling in 4f ferromagnets observed by femtosecond x-ray magnetic circular dichroism
利用飞秒X射线磁圆二色性研究了具有不同自旋-晶格耦合的铁磁体Gd和Tb中4 fs电子随时间变化的磁矩。我们观察到一个两步退磁与超快退磁时间为750 fs相同的两个系统和较慢的时间有很大的不同，40 ps的Gd和8 ps的Tb。我们的结论是，电子激发态的自旋-晶格耦合增强到数量级相比，平衡。
2011-01-07 cond-mat.mtrl-sci
From Ultrafast Demagnetization to Ultrafast Spintronics : a 30 years story
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS, Institut Jean Lamour（法国国家科学研究中心，让·拉穆尔研究所）；Department of Physics, Freie Universität Berlin（柏林自由大学物理系）；Center for Science and Innovation in Spintronics, Tohoku University（东北大学自旋电子学科学与创新中心）
研究通过超快消磁现象揭示自旋系统中角动量转移机制，推动自旋电子学发展，提出单脉冲全光学开关等突破性成果。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Longitudinal evolution of magnetization of ferromagnets following ultrafast demagnetization: Role of finite size and shape of demagnetized region
的弛豫速率的依赖性的形状的退磁区域的纵向演变的总磁化到其平衡值以下的超快退磁证明。这种形状依赖性是由消磁区域内的波前运动引起的。球对称形状的退磁区的波前的贡献是高达3倍，柱对称形状高达2倍强于一维退磁区。这种效应可以在紧聚焦的飞秒激光脉冲退磁后观察到。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Demagnetization through Femtosecond Generation of Non-thermal Magnons
本文提出从头参数化的（N+2）温度模型，揭示超快激光在铁中产生非热磁振子并导致200飞秒内显著退磁，证明三温度模型高估退磁且需超越传统LLG自旋动力学描述。
2024-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of laser-excited electron distributions on the x-ray magnetic circular dichroism spectra: Implications for femtosecond demagnetization in Ni
在泵浦-探测实验中，强激光脉冲在脉冲后的前几百飞秒内产生非平衡激发电子分布。本文首次从理论上研究了由泵浦激光引起的非平衡电子分布对Ni的表观X射线磁性圆二色性（XMCD）信号的影响，考虑了脉冲后立即产生的电子分布以及与晶格或自旋系统不平衡的热化电子分布。在这些情况下，XMCD信号不简单地与自旋动量成比例。计算的光谱进行比较，最近的泵浦探测XMCD实验镍。我们发现，大多数实验观察到的功能被认为是一个超快自旋动量转移到晶格的证明，也可以归因于非平衡电子分布。此外，我们发现，即使在激光诱导的非平衡电子分布下，原子自旋和轨道磁矩的XMCD求和规则仍然有效。
2009-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Engineering Co$_2$MnAl$_x$Si$_{1-x}$ Heusler compounds as a model system to correlate spin polarization, intrinsic Gilbert damping and ultrafast demagnetization
磁性材料的工程开发更好的自旋电子应用依赖于两个关键参数的控制：自旋极化和吉尔伯特阻尼负责自旋角动量耗散。这两个都有望影响飞秒时间尺度上发生的超快磁化动力学。在这里，我们使用工程Co2 MnAlxSi 1-x Heusler化合物调整自旋极化P的程度从60%到100%，并研究它如何与阻尼。我们的实验表明，当增加自旋极化从1.1 × 10-3的Co2 MnAl与63%的自旋极化的半金属磁体Co2 MnSi的4.10-4的超低值时，阻尼降低。这使我们能够调查这两个参数之间的关系和超快退磁时间表征飞秒激光脉冲激励后发生的磁化损失。退磁时间被观察到成反比的1-P和作为结果的磁阻尼，这可以归因于负责这两种效果的自旋角动量耗散过程的相似性。总之，我们的高品质Heusler化合物可以控制能带结构，从而控制自旋角动量耗散的通道。
2020-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Coupled Valence Carrier and Core-Exciton Dynamics in WS$_{2}$ Probed by Few-Femtosecond Extreme Ultraviolet Transient Absorption Spectroscopy
用500-1000 nm超连续谱和宽带XUV脉冲（30-50 eV）进行的少飞秒极紫外（XUV）瞬态吸收光谱同时探测WS $_{2}$中W O $_3$边缘（37-45 eV）处的光激发载流子的动力学和W N $_{6,7}$边缘（32-37 eV）处的芯激子吸收的载流子诱导的修改。在半导体的同一XUV光谱区域中获得连续的芯到导带吸收特征和离散的芯激子跃迁提供了一种新颖的手段来研究载流子激发对芯激子动力学的影响。核心水平的瞬态吸收光谱，测量与脉冲到达第一探索核心水平和价载流子的动力学，揭示了核心激子跃迁的强烈影响的光激发载流子。从W-O $_{3}$边的芯-导带跃迁的XUV瞬态吸收谱中提取了$1.2\pm0.3$ ps的空穴-声子弛豫时间和$3.1\pm0.4$ ps的载流子复合时间.在W N $_{6,7}$边缘的瞬态吸收信号的全球拟合产量$\sim 10$ fs相干寿命的核心激子状态，并揭示了光激发载流子，改变电子屏蔽和带填充，是占主导地位的贡献者的核心激子的光谱修改和直接场诱导的变化发挥次要作用。这项工作提供了第一次看光激发载流子的核心激子状态的调制和推进我们的理解，在金属二硫属化物的载流子动力学。
2021-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Twisted light affects ultrafast demagnetization
超短激光脉冲辐照可以在飞秒时间尺度上完全破坏铁磁薄膜的磁有序性。这种现象在超快自旋电子学和信息处理方面具有巨大的潜力，是一个活跃的研究领域。光的角动量是否能支持这种效应仍然是一个悬而未决的问题。虽然它已被证明，光的自旋只有一个可以忽略的影响，我们实验证明的轨道角动量（OAM）的超短激光脉冲的影响上的薄镍膜的磁化动力学。我们的研究结果表明，光子OAM影响的退磁行为在第一个几百飞秒取决于手性的OAM相对于样品磁化的方向。
2022-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast demagnetization in bulk vs thin films: an ab-initio study
本文报道了强激光脉冲作用下电子电荷和自旋的量子动力学{ \it ab-initio}模拟。通过对镍薄膜和大块镍进行单独的计算，我们得出结论，表面效应对放大激光诱导退磁有显著的影响。我们表明，这种放大的原因是由于增加的自旋电流的表面上的薄膜。这种增强是源于表面形成的对称性破缺的直接结果。我们发现，在早期的飞秒，体和薄膜的退磁的基本物理是由自旋轨道耦合引起的自旋翻转占主导地位。在第一个$\sim 40$ fs之后，这种变化在于退磁的主要原因是自旋电流的流动，这导致与体相比较，膜中的退磁更强。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Element-resolved ultrafast demagnetization rates in ferrimagnetic CoDy
研究了飞秒激光在多亚晶格CoxDy_（1-x）合金中诱导的超快磁化动力学。通过元素和时间分辨X射线能谱分析，我们区分了Co_（3d）和Dy_（4f）磁序在初始温度低于（T= 150 K）或高于（T= 270 K）磁补偿温度（Tcomp）时的超快淬灭。根据以前的元素分辨的调查和理论计算，我们观察到不同的动力学Co 3d和Dy 4f自旋。此外，我们观察到，对于一个给定的激光能量密度，退磁幅度和退磁时间不受磁补偿温度的存在。然而，我们的实验揭示了在低温下Dy亚晶格的超快退磁速率的两倍增加。在平行，我们测量一个恒定的退磁率的Co 3d子晶格以上和以下Tcomp。Dy 4f和Co 3d亚晶格之间的这种有趣的差异需要进一步的理论和实验研究。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Role of critical spin fluctuations in ultrafast demagnetization of transition-metal rare-earth alloys
测量了飞秒激光脉冲在亚铁磁Co 0.8Gd 0.2、Co 74Tb 26和Co 86Tb 14合金中引起的超快磁化动力学。使用元素灵敏度的X射线磁圆二色性在Co的L3，Tb M5和Gd M5的边缘，我们的证据表明，退磁动力学是元素依赖的。当激光激发态温度低于补偿温度时，合金中稀土元素的热化时间可达280 fs。当激光器激发态温度低于居里温度（Tc）时，其被限制为500 fs。我们建议在TC附近的临界自旋波动的机制，这降低了在过渡金属稀土合金的4f电子的退磁率，而在任何不同的温度下，有限的退磁率可以避免。
2013-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic mechanism of sub-100-fs demagnetization induced by a femtosecond light pulse
Adam Mickiewicz University in Poznań（波兹南亚当·密茨凯维奇大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；European XFEL GmbH（欧洲X射线自由电子激光有限公司）；Elettra-Sincrotrone Trieste S.C.p.A（的里雅斯特 Elettra-同步辐射研究中心）；University of Hamburg（汉堡大学）；TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格工业大学）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）
研究通过理论分析探讨了在超短时间尺度上由光脉冲诱导的去磁过程，发现电子系统的激发和电子在磁敏感带内的重新分布是亚100飞秒范围内磁化损失的主要原因，为实现高精度的辐射驱动磁化控制奠定了基础。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.atom-ph
Electron cooling and Debye-Waller effect in photoexcited bismuth
通过第一性原理计算，我们计算了光激发铋中电子冷却的有效电子-声子耦合常数$G_0$。$G_0$作为电子温度的函数强烈增加，这可以追溯到铋的半金属性质。我们还使用了一个热模型来计算激光激发后电子和晶格温度的时间演化。因此，我们模拟了由Sciaini等人[Nature 458，56（2009）]在飞秒电子衍射实验中测量的（1 - 10）、（-211）和（2 - 20）布拉格峰强度的时间演化。电子温度对德拜-沃勒因子的影响通过软化整个布里渊区的所有光学模式，结果是至关重要的再现这些布拉格峰强度的时间演变。
2012-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Bayesian model comparison of type-I and type-II ultrafast demagnetization dynamics
University of Hyogo（兵库大学）；The University of Osaka（大阪大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究机构）
通过贝叶斯信息准则比较高斯卷积现象学模型，研究时间分辨率和噪声对I型与II型超快退磁动力学区分性的影响，并分析NiCo2O4薄膜实验数据。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio investigation of laser-induced ultrafast demagnetization of L1$_0$ FePt: Intensity dependence and importance of electron coherence
本研究利用含时密度泛函理论探讨 FePt 的光致超快退磁机制，发现退磁源于非线性光磁效应并随电场呈二次标度，且电子相干性在退磁过程中起主导作用。
2023-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous Observation of Carrier-Specific Redistribution and Coherent Lattice Dynamics in 2H-MoTe$_{2}$ with Femtosecond Core-Level Spectroscopy
利用飞秒极紫外（XUV）瞬态吸收光谱同时研究了层状2 H-MoTe $_{2}$半导体纳米薄膜的带内和带间载流子弛豫以及光致结构动力学.通过查询的价电子结构，通过本地化的Te 4 $\textit{d}$（39-46 eV）和Mo 4 $\textit{p}$（35-38 eV）的核心水平，光激发的空穴分布的弛豫被直接实时观察。我们得到了15 $\pm$ 5 fs和380 $\pm$ 90 fs的空穴热化和冷却时间，分别为1.5 $\pm$ 0.1 ps的电子-空穴复合时间。此外，通过XUV吸收光谱中的振荡，可以看到相干面外A $_{1g}$（5.1 THz）和面内E $_{1g}$（3.7 THz）晶格振动的激发。通过比较Bethe-Salpeter方程模拟，光谱变化被映射到实空间激发态位移的晶格沿占主导地位的A $_{1g}$坐标。通过直接和同时探测激发载流子分布动力学和伴随的飞秒晶格位移在2 H-MoTe $_{2}$在一个单一的实验中，我们的工作提供了一个基准，了解光激发纳米材料中的电子和结构动力学之间的相互作用。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Instantaneous band gap collapse in photoexcited monoclinic VO$_2$ due to photocarrier doping
使用飞秒时间分辨光电子能谱学我们证明，光激发转换单斜VO $_2$准瞬间到金属。因此，我们排除了VO $_2$光致电子相变的80飞秒结构瓶颈。第一性原理多体微扰理论计算揭示了VO $_2$带隙对动态屏蔽库仑相互作用变化的高灵敏度，支持完全电子驱动的等结构绝缘体到金属的转变。因此，我们得出结论，超快能带结构重整化是由光激发的载流子从本地化的V 3d价态，强烈改变屏蔽\emph{before}显着的热载流子弛豫或离子运动发生。
2014-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Lattice dynamics and ultrafast energy flow between electrons, spins, and phonons in a 3d ferromagnet
铁磁体中磁序的超快动力学是由电子、磁和晶格自由度之间的相互作用决定的。为了获得超快退磁的微观理解，需要所有三个子系统的响应信息。然而，对退磁和微观能量流的一致描述仍然缺失。在这里，我们结合了飞秒电子衍射研究的超快晶格响应的镍激光激发与从头计算的电子-声子相互作用和能量守恒的原子自旋动力学模拟。我们的模型与观察到的晶格动力学和以前报道的电子和磁化动力学是一致的。我们的方法表明，自旋系统是占主导地位的热沉在最初的几百飞秒，并意味着一个瞬态的非热状态的自旋。我们的研究结果提供了一个清晰的图片之间的微观能量流的电子，磁和晶格自由度的超快时间尺度，并构成了理论描述的退磁是一致的所有三个子系统的动力学的基础。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast demagnetization of ferromagnetic transition metals: The role of the Coulomb interaction
Elliott-Yafet机制可以说是最有前途的候选人来解释铁磁过渡金属的超快退磁动力学的时间尺度上的顺序为100飞秒。到目前为止，只有电子-声子散射已被分析为散射过程需要考虑由于Elliott-Yafet机制的退磁。我们第一次证明了电子-电子散射对Elliott-Yafet机制的贡献有可能解释薄磁性钴和镍薄膜上的时间分辨磁光克尔效应测量，而不涉及声子“自旋浴”。"
2009-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Femtosecond carrier dynamics and saturable absorption in graphene suspensions
采用飞秒（80 fs脉冲）Z-扫描和简并泵浦探测光谱技术研究了悬浮在三种不同溶剂中的石墨烯的非线性光学性质和载流子弛豫动力学。结果表明石墨烯具有饱和吸收特性，非线性吸收系数$beta$为~2至9 × 10 ^-8 cm/W。观察到与光激发载流子弛豫相关的两个不同的时间尺度，一个在130-330 fs范围内的快时间尺度（与载流子-载流子散射相关），然后是一个在3.5-4.9 ps范围内的慢时间尺度（与载流子-声子散射相关）。
2010-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the relaxation processes of photoexcited solids: A short review
固体吸收飞秒激光脉冲后的超快电子动力学过程主要由电子-电子、电子-声子、声子-电子和声子-声子碰撞控制。建立一个正确解释实验观测的框架是非常重要的。本文综述了固体弛豫动力学模型的最新进展。我们讨论了超快弛豫的有效温度动力学和过剩能量动力学。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab initio investigation of light-induced relativistic spin-flip effects in magneto-optics
用强飞秒激光脉冲激励金属铁磁体（如Ni）会在约300 fs内产生超快退磁。提出了飞秒磁光实验中测量到的超快退磁可能是相对论性光诱导过程的结果。我们进行了第一性原理研究相对论效应对镍的磁光响应的影响。为此，我们开发，第一，响应理论制定的额外出现的超相对论性条款的Foldy-Wouthuysen变换的狄拉克哈密顿量由于电磁场，第二，计算相对论性光诱导自旋翻转跃迁的磁光的影响。我们的相对论自旋翻转光激发的从头计算预测，这些可以给只有一个非常小的贡献（$\leq 0.1$ %）的激光诱导的磁化强度变化在Ni。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque-mediated spin-wave excitation as an alternative paradigm for femtomagnetism
激光诱导飞秒退磁，飞秒磁性，提供了一个潜在的路线，以发展更快的磁存储器件。一般认为，传统的自旋波理论是针对热驱动的慢退磁而发展起来的，它不能解释这种设计上的快速退磁。在这里，我们表明，这种传统的自旋波理论，一旦增强激光诱导的自旋轨道扭矩，提供了一个高效的范式退磁，通过捕获低能量自旋波激发，是在现有的机制。我们的模式与现有模式不同，但并不排除它们。在微观上，我们发现光学自旋-轨道力矩在几百个晶格位置上产生大量的自旋波，在20 fs内崩溃了长程自旋-自旋相关。我们的发现不仅解释了新的实验，而且还为飞秒磁性建立了另一种范式。它将对未来的研究产生深远的影响。
2019-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Insights into ultrafast demagnetization in pseudo-gap half metals
1995年，Bigot的发现引发了人们对飞秒退磁实验的兴趣。这些实验揭示了电子温度与自旋序之间的基本机制。尽管第一个描述超快退磁的定量模型在过去一年中刚刚发表，但新的计算也提出了替代机制。同时，快速退磁实验的应用已被证明可以为高自旋极化金属等技术上重要的系统提供关键的见解，因此人们对进一步理解这些现象的物理学有广泛的兴趣。为了获得新的和相关的见解，我们进行超快光学泵浦探测实验，以表征高度自旋极化的磁性薄膜在飞秒时间尺度上的退磁过程。以前的研究建议通过调整电子的数量将费米能转移到带隙的中心，从而研究其对自旋翻转过程的影响。在这里，我们表明，选择等电子Heusler化合物（Co2 MnSi，Co2 MnGe和Co2 FeAl）允许我们改变自旋极化的程度在60%和86%之间。我们解释了这种行为，考虑的鲁棒性的差距对结构紊乱。此外，我们观察到Co-Fe基赝能隙材料，如部分有序的Co-Fe-Ge合金和众所周知的Co-Fe-B合金，可以达到类似的自旋极化值。通过使用这些金属的独特功能，我们改变了可能的自旋翻转通道的数量，这使我们能够精确定位和控制半金属的电子结构及其对超快退磁的基本机制的影响。
2012-02-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Speed limit of FePt spin dynamics on femtosecond timescales
磁化操纵正成为基础研究和应用研究不可或缺的工具。理论预测两种类型的超快退磁动力学分类为I型和II型。在II型材料中，在磁化强度的初始快速下降之后发生第二个较慢的过程。在这封信中，我们调查这种行为的FePt记录材料与垂直各向异性。磁化动力学已被模拟使用热微磁模型的基础上Landau-Lifshitz-Bloch方程。我们确定了过渡到II型行为，并将其与激光加热达到的电子温度。这种减慢是热辅助反转中再现速度的基本限制。
2013-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Large-amplitude chirped coherent phonons in tellurium mediated by ultrafast photoexcited carrier diffusion
我们报告飞秒时间分辨反射率测量相干声子碲在很宽的温度范围内（3 K至296 K）和泵浦激光强度。一个完全对称的A $_{1}$相干声子在3.6太赫兹负责的反射率数据的振荡被观察到强烈的正啁啾（即，声子的时间周期减少，在较长的泵浦探测延迟时间）与增加的光激发载流子密度，更是在较低的温度。我们第一次表明，相干声子频率的温度依赖性是反常的（即，随着温度的升高而增加）在高的光激发载流子密度，由于电子-声子相互作用。在最高光激发载流子密度为1.4 $\times$ 10 $^{21}$ cm $^{-3}$和样品温度为3 K时，相干声子模的晶格位移估计高达$\sim$ 0.24 Ω.基于光吸收和载流子扩散耦合效应的数值模拟表明，载流子的扩散主导了时间分辨反射率的非振荡电子部分。最后，利用低载流子密度为6 $\times$ 10 $^{18}$ cm $^{-3}$的泵浦探测实验，分离出声子非谐性，得到了电子-声子耦合对声子频率和线宽的贡献。
2010-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Electron Thermalization and Relaxation in Laser-Heated Nickel by Few-Femtosecond Core-Level Transient Absorption Spectroscopy
直接测量的光激发载流子动力学在镍M $_{2,3}$边缘使用几飞秒极紫外（XUV）瞬态吸收光谱。观察到光激发镍的芯能级吸收线形可用基态吸收谱的高斯展宽（$σ$）和红移（$ω_{s}$）来描述。理论预测和实验结果验证了在初始快速载流子热化之后，电子温度增加（$ΔT$）与高斯加宽因子$σ$成线性比例，提供了电子温度弛豫的定量实时跟踪。测量结果表明，50 nm厚的多晶镍膜的电子冷却时间为640 $\pm$ 80 fs。对于热载流子，光谱红移与$ω_{s}\proptoΔT^{1.5}$的电子温度变化呈幂律关系。通过载流子-载流子散射的快速电子热化伴随并跟随标称4 fs光激发脉冲，直到载流子达到准热平衡。在仪器响应函数小于6 fs的条件下，根据不同泵浦注量下的实验数据，估算了载流子热化时间在34 ~ 13 fs之间，发现电子热化时间随泵浦注量的增加而减小。该研究为利用XUV光实时测量金属中的电子温度和热化提供了初步的实例，为进一步利用芯能级吸收光谱研究金属中的光致相变和载流子输运奠定了基础。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of Orbital Angular Momentum of Electrons Induced by Femtosecond Laser Pulses: Generation and Transfer Across Interfaces
本研究通过理论分析飞秒激光脉冲在金属及异质结构中诱导的电子轨道角动量动力学，发现圆偏振光可产生持久OAM，界面促进退磁，并提出了跨界面转移OAM的优选激光方案。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Revealing domain wall stability during ultrafast demagnetization
Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences（马克斯·普朗克多学科研究所）；Institute of Physics, University of Augsburg（奥格斯堡大学物理研究所）；School of Electrical Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学电气工程学院）；th Physical Institute, University of Göttingen（哥廷根大学第四物理研究所）；Radboud University, Institute for Molecules and Materials（拉德堡德大学分子与材料研究所）
研究通过超快亚波长成像技术揭示磁域壁在超快消磁中的稳定性，发现其位置、形状和宽度在50%消磁范围内保持不变，同时探讨了强激发引起的纳米尺度磁域切换。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Element selective ultrafast magnetization dynamics of hybrid Stoner-Heisenberg magnets
磁性材料中的Stoner和Heisenberg激发本质上是不同的。前者涉及交换分裂的有效减少，而后者包括自旋波的激发。在这项工作中，我们测试的影响，这两个激发在混合Stoner-Heisenberg系统FePd。我们提出了一个超快退磁动力学在这种合金，这代表了两个组件的强本地交换分裂的Fe，和在Pd的诱导极化的微观图片。我们确定自旋-轨道耦合和光学位间自旋转移是在超短时间尺度上退磁的两个主导因素。通过调节外部激光脉冲，可以操纵非本征的位间自旋转移，以在飞秒时间尺度上进行位选择性退磁，从而为合金中磁化动力学的光学和选择性控制提供最快的方式。值得注意的是，Fe和Pd物质的磁矩来源的巨大差异并不决定该合金中的初始磁化动力学。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Generation of Phonons with Angular Momentum During Ultrafast Demagnetization
通过Ehrenfest核动力学与TDDFT研究L1₀FePt超快消磁过程，发现原子旋转生成携带角动量的声子，揭示自旋-轨道耦合对超快自旋-声子相互作用的影响。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Laser-induced forces on atoms during ultrafast demagnetization
激光诱导飞秒去磁作为信息存储技术的可能候选技术引起了广泛关注。然而，晶格振动是否直接参与退磁，在过去的十年里一直存在很大的争议。最近的电子衍射实验将退磁归因于极化声子效应，但类似的X射线衍射实验将其归因于爱因斯坦-德哈斯效应。这两个实验的共同点是，既没有直接探测晶格的角动量，也没有直接探测样品的旋转。在这里，我们报告我们的第一个第一性原理计算的超快激光诱导的原子在超快退磁力。我们采用两种互补的方法：（i）冻结晶格与电子激发和（ii）冻结激发，但移动的晶格。我们发现作用在原子上的力从-50 fs开始，在30 fs附近达到峰值。力的大小远小于经验估计。在我们的理论范围内，我们的结果表明极化声子效应和Einstein-de Haas效应不可能是退磁的主要过程。我们希望我们的发现对磁性和量子材料中激光诱导动力学的未来方向产生深远的影响。
2022-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Laser induced ultrafast 3d and 4f spin dynamics in CoDy ferrimagnetic alloys as a function of temperature
我们报告的元素和时间分辨的飞秒激光诱导的超快动力学的3d和4f自旋的亚铁磁Co 80 Dy 20合金作为温度的函数的调查。我们观察到的Co 3d的特征退磁时间的增加和Dy 4f的退磁时间的减少时，温度接近居里温度。结果表明，在CoDy合金中Dy亚晶格的临界慢化区消失，这与Landau-Lifshitz-Bloch模型的理论预言一致，该慢化区影响纯3d过渡金属和4f稀土铁磁层中激光诱导超快动力学.
2020-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Néel-Vector Switching and THz Spin-Wave Excitation in Mn$_2$Au due to Femtosecond Spin-Transfer Torques
本文通过飞秒激光诱导的自旋极化热电子电流施加自旋转移力矩，在几皮秒内实现Mn$_2$Au的Néel矢量翻转，并激发高达数THz的自旋波，为反铁磁自旋电子器件的超快操控提供了新途径。
2023-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Local Magnetization and Demagnetization in Heusler Alloys
为了将自旋电子器件推向越来越快的时间尺度，我们用含时密度泛函理论模拟了大块Heusler化合物在超短强激光脉冲作用下的局部磁矩在几飞秒内的增加或减少.这种速度是由于该过程的全光学性质，该过程将自旋矩从一个子晶格转移到另一个子晶格。这种转移依赖于容易调谐的激光参数。通过比较各种Heusler（或半Heusler）化合物的自旋动力学，我们表明，状态的密度解释所观察到的力矩转移;大多数的物理亚晶格间的力矩转移是由于自旋电流的流动，这是由费米能级以上的状态的可用性。
2016-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Investigation of Ultrafast Demagnetization and Gilbert Damping and their Correlation in Different Ferromagnetic Thin Films Grown Under Identical Conditions
在铁磁镍中激光诱导超快退磁的演示之后，一些理论和唯象学命题试图揭示其潜在的物理。在这项工作中，我们重新审视三温度模型（3TM）和微观三温度模型（M3TM）进行比较分析，在20 nm厚的钴，镍和坡莫合金薄膜测量使用全光泵浦探测技术的超快退磁。除了在飞秒时间尺度的超快动力学，纳秒磁化进动和阻尼记录在不同的泵激发注量揭示了在退磁时间和阻尼因子的注量依赖性增强。我们证实，居里温度磁矩比的一个给定的系统作为一个品质因数的退磁时间，而退磁时间和阻尼因子显示出明显的灵敏度状态密度在费米能级为一个给定的系统。此外，从基于3TM和M3TM的超快退磁的数值模拟中，我们提取了最能再现实验数据的储层耦合参数，并估计了每个系统的自旋翻转散射概率值。我们讨论了如何的能量密度依赖性水库间的耦合参数提取可能会反映在低激光能量密度的磁化动力学中的非热电子所发挥的作用。
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Carrier Density Oscillation in photoexcited Semiconductors
半导体从热力学平衡的扰动往往会导致非线性动力学的显示和时空模式的形成，由于竞争过程的自发产生。在这里，我们描述了在硅中的非线性载流子输运的超快成像，激发一个强烈的飞秒激光脉冲。我们使用扫描超快电子显微镜（SUEM）显示，在一个足够高的激发注量，光激发载流子的运输减慢变成一个振荡过程。我们将这种非线性响应归因于电场，这些载流子在本征场和光致场下的空间分离产生的，然后我们提供了一个对流扩散模型，模仿实验观察。我们的发现为高激发态半导体中热载流子的静电振荡提供了直接的成像证据，并为平衡恢复时的时空演化提供了新的见解。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-dependent chirped coherent phonon dynamics in Bi$_{2}$Te$_{3}$ using high intensity femtosecond laser pulses
利用中心光子能量为1.57 eV的$\sim$ 50飞秒激光脉冲，对碲化铋（Bi $_2$ Te $_3$）单晶进行了简并泵浦-探测反射率实验，得到了样品温度（3 K ~ 296 K）和泵浦强度的函数关系。时间分辨反射率数据显示，在296 K下，在1.85 THz和3.6 THz下，相干产生了两个完全对称的A $_{1g}$模，在3 K下，它们分别蓝移到1.9 THz和4.02 THz。在$\sim$ 1.7 $\times$ 10 $^{21}$ cm $^{-3}$的高光激发载流子密度下，在4.02 THz的声子模式比在1.9 THz的较低频率模式高两个数量级的正啁啾（即，声子时间周期随着泵浦脉冲和探测脉冲之间的延迟时间的增加而减小）。啁啾参数，$β$被证明是随温度呈反比变化。利用时间分辨反射率数据的连续小波变换研究了这些模式的时间演化。
2010-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier dynamics and radiative recombination in multiferroic BiFeO$_{3}$
我们报道了多铁性BiFeO $_{3}$单晶中超快载流子动力学的全面研究。使用飞秒光泵浦-探测光谱，我们发现，光激发的电子放松到导带最小值通过电子-声子耦合与$\sim$ 1皮秒的时间常数，并没有显着改变整个反铁磁过渡。光激发的电子随后离开导带，并主要通过辐射复合衰减，这是由光致发光测量支持。我们发现，尽管共存的铁电和反铁磁订单BiFeO $_{3}$，这种电荷转移绝缘体的固有性质的结果在载流子弛豫类似于体半导体中观察到的。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Sub-picosecond exchange-relaxation in the compensated ferrimagnet Mn$_2$Ru$_x$Ga
研究了全补偿半金属亚铁磁体Mn $_2$ Ru $_x$ Ga的退磁动力学.虽然这两个反铁磁耦合的亚晶格都是由锰组成的，但由于它们的局部环境不同，它们表现出不同的温度依赖性。研究了飞秒激光脉冲激发的亚晶格磁化动力学，揭示了自旋和亚晶格间交换所起的作用。我们发现了一个两步退磁过程，类似于Gd（FeCo）$_3$的情况，其中两个Mn亚晶格具有不同的退磁速率。使用四温度模型分析该行为，将不同的温度分配给两个锰纺丝浴。即使在这种强交换耦合系统中，两个自旋库也有相当不同的行为。Mn $_2$ Ru $_x$ Ga的半金属性质和强交换耦合导致自旋角动量守恒在比Gd（FeCo）$_3$短得多的时间尺度下，这表明Mn $_2$ Ru $_x$ Ga的净矩的低功率、亚皮秒切换是可能的。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Femtosecond Population Inversion and Stimulated Emission of Dense Dirac Fermions in Graphene
我们发现，强光激发的石墨烯单层与35 fs脉冲准瞬时建立了一个宽带，倒狄拉克费米子人口。光学增益出现并通过前200 fs的负光学电导率直接表现出来，其中受激发射完全补偿了石墨烯层中的吸收损耗。我们的实验理论比较两个不同的电子和空穴化学势再现吸收饱和和增益在40 fs，揭示，特别是，从一个热的经典气体到一个致密的量子流体的瞬态的演化与增加的光激发。
2012-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manifestation of intra-atomic 5d6s-4f exchange coupling in photoexcited gadolinium
$5d6s$和$4f$电子之间的原子内交换耦合（IEC）在稀土金属中普遍存在，并且在自旋动力学中起着关键作用。然而，在实时域中检测它们是困难的。本文给出了钆中$5d6s$和$4f$电子间存在IEC的直接证据。在飞秒激光激发下，$5d6s$电子被直接激发，它们的主要能带向费米能级移动，而它们的少数能带则相反。第一次，我们的第一性原理少数移位现在与实验定量一致。受激的$5d6s$电子降低了$4f$电子的交换势垒，因此$4f$态的能量也发生了变化，这一预测可以通过实验进行验证。虽然有相当数量的$5d6s$电子（低于费米能级几个电子伏特）被激发出费米海，但$4f$态没有变化，这是原子内交换耦合的明显表现。基于我们的研究结果，我们提出材料的退磁时间与费米能级的态密度和激发态的自旋矩成反比，而不是与整个自旋矩成反比。这可以通过实验来检验。
2017-12-16 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Strong ultrafast demagnetization due to the intraband transitions
本文提出在速度规范中通过晶体动量空间的对流导数纳入带内跃迁，基于时间相关量子刘维尔方程计算铁、钴、镍体材料，显著增强退磁量并与实验吻合，揭示了带内跃迁对超快退磁的关键作用。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Femtosecond X-ray magnetic circular dichroism absorption spectroscopy at an X-ray free electron laser
利用X射线自由电子激光的X射线磁性圆二色光谱，证明了在Fe L $_{3,2}$ -边缘的光谱。这种新的超快的时间分辨能力，然后施加到一个全光磁开关动力学的Fe和Gd磁性亚晶格在GdFeCo薄膜的磁化补偿温度以上的通量依赖的研究。在磁开关频率处，我们证实了瞬态类铁磁态的存在。动态的时间尺度，但是，比以前观察到的磁化补偿温度以下。以上和以下的开关通量范围内，我们观察到二次退磁约5 ps的时间尺度。这表明自旋热化需要超过5 ps的时间。
2015-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Separation of ultrafast spin currents and spin-flip scattering in Co/Cu(001) driven by femtosecond laser excitation via the complex MOKE
金属异质结构中的超快磁化动力学由铁磁组分中的局部退磁和组分内和组分之间的自旋相关输运贡献的组合组成。分离这些本地和非本地的贡献是必不可少的，以获得微观的理解和潜在的应用程序的基础微观过程。通过比较磁光克尔效应（MOKE）中偏振旋转和椭圆率的超快变化，利用该方法的有效深度灵敏度，我们在Co/Cu（001）薄膜中观察到了随时间变化的磁化强度分布M（z，t）。通过分析这些剖面的时空相关性，我们发现在热电子热化之前（<100 fs）的时间尺度上，Co薄膜的瞬态磁化由自旋相关输运过程控制，而在热电子热化之后（>200 fs），局部自旋翻转过程占主导地位。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Heat-conserving three-temperature model for ultrafast demagnetization of 3d ferromagnets
本研究采用保热三温度模型结合原子模拟，研究3d铁磁体的超快退磁动力学，验证了模型对多种铁磁元素的适用性，发现最大退磁程度与激光通量呈线性关系，与实验一致。
2023-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamic Coulomb screening of X-ray core excitons in photoexcited semiconductors
本研究利用皮秒时间分辨X射线瞬态吸收光谱结合从头算理论，揭示了光激发半导体中芯激子的动态库仑屏蔽机制，为超快X射线光谱解析及载流子动力学追踪提供了重要支撑。
2024-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Tuning of the ultrafast demagnetization by ultrashort spin polarized currents in multi-sublattice ferrimagnets
本研究针对亚铁磁合金中超快自旋极化电流特性不明的问题，采用实验与模拟结合的方法，揭示了自旋极化热电子驱动Fe74Gd26薄膜退磁的双机制，发现其自旋极化方向与Co磁化方向相反，为超快自旋电子学研究提供了定量依据。
2024-12-09 cond-mat.mtrl-sci
