Laser induced ultrafast demagnetization: an \emph{ab-initio} perspective
含时密度泛函理论是在一个全电子固态代码的情况下，完全非共线自旋。我们用它来研究铁，钴和镍的激光诱导退磁。结果表明，这种退磁是一个两步的过程：一部分电子的激发，然后由剩余的本地化电子的自旋翻转跃迁。这些结果成功地解释了几个实验特征，如脉冲开始和退磁之间的时滞和自旋翻转激发主导的物理。我们进一步表明，它是可能的控制的时刻损失可调谐的激光参数，如频率，持续时间和强度。
2014-06-25 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
Electron-phonon-scattering dynamics in ferromagnetic metals and its influence on ultrafast demagnetization processes
我们从理论上研究了铁磁金属中超快光激发后电子-声子相互作用引起的自旋相关载流子动力学。我们计算了电子波函数中包含自旋轨道相互作用的电子-声子矩阵元和相互作用势。利用玻尔兹曼散射积分中的矩阵元，数值求解载流子的运动方程，得到动量分辨载流子分布。我们发现，光激发与现实的激光强度单独导致一个可以忽略不计的磁化变化，由于电子-声子相互作用的退磁主要是由于空穴散射。重要的是，由于这种Elliot-Yafet型去极化机制而计算出的退磁淬灭不足以解释实验观察到的结果。我们认为，铁磁体的超快退磁并不完全通过Elliott-Yafet型过程发生，即，在存在自旋-轨道相互作用的情况下散射，但是在很大程度上受到能带结构的动态变化的影响，即，交换分裂。
2011-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the role of orbital magnetism in ultrafast laser-induced demagnetization in multisublattice metallic magnets by terahertz spectroscopy
采用THz辐射和瞬态磁光响应同时探测的方法，研究了具有面内磁各向异性的多亚晶格磁体NdFeCo和GdFeCo金属玻璃的超快激光诱导磁化动力学.一个令人满意的定量协议之间的动力学揭示这两种技术的帮助下获得GdFeCo。对于NdFeCo的太赫兹辐射揭示了更快的动态比磁光响应。这表明，除了自旋动力学的Fe超快激光激发触发更快的磁化动力学的Nd。
2014-12-17 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
Strongly modulated ultrafast demagnetization and magnetization precession dynamics in ferrimagnetic Gdx(CoFe)1-x alloys via 3d-4f intersublattice exchange coupling
稀土-过渡金属合金亚晶格间相互作用强度（JRE-TM）的调控是理解激光诱导角动量从3d到4f自旋转移效率以及更好地控制超快自旋动力学的关键问题。本文系统研究了GdCoFe合金的激光诱导退磁过程与亚晶格3d-4f相互作用之间的关系。当3d和4f自旋之间的角动量转移通道被关闭时，超快两阶段退磁过程可以转变为一阶段模式，这可以通过JRE-TM进行调制。此外，基于LLG方程的铁磁共振方法，在角动量补偿点处，由后续的激光诱导磁化进动过程推导出的有效g因子和阻尼常数都发生了发散。研究结果为实际应用提供了一种有效控制超快退磁时间的方法。
2020-12-29 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
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
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
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
Ultrafast demagnetization in NiCo2O4 thin films probed by time-resolved microscopy
利用时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）显微镜观察了具有垂直磁各向异性的反尖晶石型亚铁磁体NCO的反尖晶石型NiCo 2 O 4（NCO）外延薄膜的超快退磁。该显微镜使用泵浦-探测方法，其中样品在1030 nm处泵浦，并且磁畴图像通过MOKE显微镜在515 nm（二次谐波）处获得。我们成功地观察到的磁畴的NCO薄膜通过激光照射的动力学，并获得了退磁时间常数约为0.4 ps。这个时间常数明显小于其他半金属氧化物报道的大时间常数。这些结果，结合我们的X-射线光电子能谱研究的结果，表明该NCO薄膜是铁磁金属，其电子结构偏离理论预测的半金属之一。
2021-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast demagnetization of Pt magnetic moment in L1${}_0$-FePt probed by hard x-ray free electron laser
利用圆极化x射线自由电子激光在硬X射线区研究了5d过渡金属的超快磁化动力学。使用时间分辨X射线磁性圆二色性在Pt L ${}_3$边缘处确定L1 ${}_0$-FePt的光诱导退磁的衰减时间为$τ_\textrm{Pt} = 0.6\ \textrm{ps}$，而磁光克尔测量指示总磁化的衰减时间为$τ_\textrm{total} = 0.1\ \textrm{ps}$。首次证明了三维和五维单元之间存在光调制磁耦合的瞬态磁状态。
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Demagnetization Dynamics Due to Electron-Electron Scattering and Its Relation to Momentum Relaxation in Ferromagnets
从理论上分析了铁磁模型系统中由于自旋轨道耦合和电子-电子库仑散射的相互作用而引起的退磁动力学。我们计算了$k$分辨的电子约化自旋-密度矩阵，包括围绕内部自旋轨道和交换场的进动动力学以及密度和自旋相干性的电子-电子库仑散射。基于与完整Boltzmann散射积分的数值解的比较，我们建立了$k$解析的约化自旋-密度矩阵动力学，使用一个更简单的广义弛豫时间分析的约化自旋-密度矩阵。这种分析使人们能够将退磁动力学背后的复杂散射动力学与物理上有意义的动量弛豫时间$τ$联系起来。我们的方法再现的退磁时间的行为$τ_{m} \propto 1/τ$和$τ_{m} \propto τ$的限制，短和长$τ$，分别，也是有效的中间制度。因此，分析器提供了一种工具，以在处理对磁化动力学的其他贡献（例如，输运或磁振子/声子动力学）的方法中包括正确的退磁行为。
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Type-II-like ultrafast demagnetization behavior in NiCo2O4 thin films
University of Hyogo（兵库大学）；Université de Lorraine（洛林大学）；Nagaoka University of Technology（长冈技术科学大学）；Kyoto University（京都大学）；Tohoku University（东北大学）
研究通过时间分辨磁光法揭示NiCo2O4薄膜中超快磁动力学行为，发现超快去磁过程具有两个阶段，揭示无稀土氧化物铁磁体在超快时间尺度上研究多子晶格自旋动力学的潜力。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced ultrafast demagnetization time and spin moment in ferromagnets: First-principles calculation
当激光脉冲激发铁磁体时，它的自旋会发生戏剧性的变化。初始退磁过程非常快。实验上发现，退磁时间与样品的自旋矩有关。在这项研究中，我们采用第一性原理方法直接模拟这样的过程。我们采用固定自旋矩的方法来改变铁磁镍的自旋矩，然后利用刘维尔方程将激光脉冲耦合到系统中。我们发现，在一般情况下，退磁时间对自旋矩的依赖性是非线性的：它随着自旋矩下降到一个点，之后观察到的自旋矩的增加，其次是第二次减少。为了理解这一点，我们采用了一个扩展的海森堡模型，其中包括交换相互作用和自旋轨道耦合。该模型直接将退磁速率与自旋矩本身联系起来，并分析性地证明了自旋弛豫速度随着自旋矩的减小而变慢。未来需要对我们的预测进行实验测试。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated ultrafast demagnetization of an interlayer-exchange-coupled Co/Mn/Co trilayer
本研究利用X射线磁圆二色性结合第一性原理计算，发现Co/Mn/Co三层膜中Co到Mn的光学诱导格点间自旋转移能加速超快退磁，揭示了反铁磁间隔层自旋结构对相邻铁磁层动力学的显著影响。
2025-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Demagnetization Governed by Spin Fluctuations in CaRuO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ Superlattice
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
研究CaRuO3/SrTiO3超晶格中异常加速的退磁现象，通过结合三温度模型与自洽重整化理论，发现自旋涨落增强的电子-自旋散射顶点主导超快动力学，为设计可调谐超快自旋电子器件提供新范式。
2026-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Generation of Phonons with Angular Momentum During Ultrafast Demagnetization
Uppsala University（乌普萨拉大学）
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
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
Unveiling Orbital-mediated Ultrafast Demagnetization in Rare Earth-Transition-Metal Ferrimagnets
Yunnan University（云南大学）；Fudan University（复旦大学）；Lanzhou University（兰州大学）；Shenzhen Technology University（深圳技术大学）
本文通过轨道介导框架，发现3d自旋-轨道耦合强度决定稀土-过渡金属亚铁磁体的超快退磁路径，为设计下一代自旋电子器件开关速度提供依据。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Element-selective tracking ultrafast demagnetization process in Co/Pt multilayer thin films by the resonant magneto-optical Kerr effect
利用X射线自由电子激光在Pt~N ${}_{6,7}$和Co~M ${}_{2,3}$边缘的共振极性磁光克尔效应测量，研究了铁磁Co/Pt薄膜的光致动力学，证明了垂直磁各向异性的元素特异性.结果表明，光致退磁时间尺度$τ_\textrm{demag.}^\textrm{Co}=80\pm60~\textrm{fs}$和$τ_\textrm{demag.}^\textrm{Pt}=640\pm140~\textrm{fs}$具有明显的元素依赖性。这种依赖性被解释由Pt原子的感应力矩由电流从Co层通过接口。观察到的Co和Pt的磁化动力学可以归因于光致Co/Pt薄膜现象的特征，包括全光开关。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin Berry points as crucial for ultrafast demagnetization
激光诱导超快退磁困扰了世界各地的研究人员超过二十年。电子、磁性和声子子系统的内在复杂性很难在微观上理解。到目前为止，还不可能用单一的机制来解释退磁，这表明仍然缺少一个关键的信息。在本文中，我们回到物理学的一个基本方面：自旋及其在整个布里渊区的每个频带内的变化。我们采用fcc Ni作为一个例子，并使用一个非常密集的{ \bf k}网格映射出自旋变化的每个带靠近费米能级沿所有的高对称线。令我们惊讶的是，在某些特殊的{ \bf k}点，自旋角动量突然从$\pm \hbar/2$变为$\mp \hbar/2$，这仅仅是通过从一个晶体动量点移动到下一个。这就解释了为什么自旋超扩散模型所依据的带内跃迁可以引起自旋矩的急剧减少，以及为什么电流可以改变自旋电子学中的自旋取向。这些特殊的{ \bf k}点，称为自旋Berry点，它们不是随机的，出现在几个带相互靠近时，因此自旋多数态的Berry势与自旋少数态的Berry势不同。虽然在一个单一的带内，自旋贝瑞点跳跃，当我们将几个相邻的带组合在一起时，它们形成独特的平滑自旋贝瑞线。正是能带结构破坏了这些谱线。自旋Berry点是激光诱导超快退磁和自旋电子学的关键。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci
The terahertz frontier for ultrafast coherent magnetic switching: Terahertz-induced demagnetization in ferromagnets
非热相干磁旋进与超快退磁之间的跃迁频率可以说是当今磁学科学和技术中最需要解决的问题。到目前为止，它被认为是在太赫兹（THz）范围内。在这里，使用一个超强的低频太赫兹子弹，和薄的磁性层，我们报告的实验证据表明，完全相干的非热太赫兹磁开关可能永远无法达到传统的铁磁薄膜。在高激发强度下，虽然自旋仍然与THz磁场相干地旋进，但沉积的THz能量引发超快退磁并最终导致材料损伤。这一系列现象是同时发生的。报告的实验设定了根本性的限制，并对电子和磁系统之间的耦合以及超快时间尺度上相关的结构动力学提出了质疑。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Role of intersublattice exchange interaction on ultrafast longitudinal and transverse magnetization dynamics in Permalloy
报道了坡莫合金（Py）薄膜超快退磁和磁化旋进阻尼的元素特性测量。在中等退磁率（小于$50$ %）下，在具有高次谐波的Ni和Fe的$M_{2,3}$边缘处同时探测由$1.5$ eV的光泵浦引起的磁化动力学。子晶格间交换相互作用的纵向和横向动力学的作用进行了分析与朗道Lifshitz布洛赫描述的铁磁耦合的Fe和Ni子晶格。结果表明，亚晶格间的交换相互作用支配着退磁过程中的耗散以及磁化矢量的进动阻尼。
2023-03-28 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
Localization of Fe d-states in Ni-Fe-Cu alloys and implications for ultrafast demagnetization
Ni $_{80}$ Fe $_{20}$（Py）和Py-Cu表现出有趣的超快退磁行为，其中Ni磁矩相对于Fe [S. Mathias等人，PNAS { \bf 109}，4792（2012）]。为了解开负责这种行为的机制，我们已经研究了Py-Cu合金的广泛的Cu浓度使用X射线磁性圆二色性（XMCD）。发现Fe和Ni的磁矩对Cu合金化的响应非常不同：Fe在Py中成为强铁磁体，而磁矩基本上不受Cu合金化的影响。相反，Ni的磁矩随着Cu浓度的增加而连续减小。我们的结果得到证实的从头计算的电子结构，我们讨论的框架中的虚束缚态（VBSs）。对于高Cu浓度，Ni表现出低于费米能级的VBSs，这可能是在高Cu浓度下增加的轨道/自旋磁比的原因。Fe在少数带中表现出VBSs，在纯Py中的费米能级以上约1 eV，其在Cu合金化后更接近费米能级。VBS与费米能级以上的激发电子之间的强相互作用增强了Fe位局域磁振子的形成，这解释了Fe和Ni在超快退磁过程中的不同行为。
2015-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast demagnetization dynamics of 4f antiferromagnets
本研究结合密度泛函理论与原子动力学模拟，探究4f反铁磁体LnRh₂Si₂的超快退磁动力学，发现两种4f态处理方法的居里温度预测差异及磁化动力学的两步行为，验证了低注量下退磁幅度与激光注量的线性关系。
2025-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced ultrafast transport and demagnetization at the earliest time: First-principles and real-time investigation
在这里，我们进行了第一性原理的时间依赖性计算，以调查如何快速的电子实际上在激光激发下移动和多大的电子输运影响退磁在最短的时间尺度。考虑到输运效应，我们在理论中实现了带内跃迁。在体相fcc Ni中，自旋输运对退磁的影响很小，不超过1%. Ni中的集体电子速度为0.4 $\rm Å/fs$，远小于费米速度，集体位移不超过0.1 $\rm Å$。但这并不意味着电子的运动速度不快;相反，我们发现电子在两个相反的晶体动量处的速度相互抵消。我们沿着$Γ$ -X线，发现在晶体动量空间中的速度存在巨大的色散。在Fe/W（110）薄膜中，整体退磁大于Ni，费米速度大于Ni。然而，在Fe/W（110）薄膜中，自旋输运的影响仍然很小。基于我们的数值结果和现有的实验结果，我们提出了一个不同的机制，可以解释两个最新的实验结果。我们的发现为弹道输运对退磁的影响提供了新的线索。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Many-body theory of ultrafast demagnetization and angular momentum transfer in ferromagnetic transition metals
精确计算的时间演化的框架下的多电子模型的巡游磁性提供了新的见解激光诱导超快退磁观察铁磁（FM）过渡金属薄膜。局部自旋轨道相互作用和原子间跳跃之间的相互作用被证明是在所观察到的高稳定的本地磁矩之间的FM相关性的激发后击穿的起源。通过严格遵守所有基本守恒定律，从微观角度揭示了自旋和角动量转移背后的机制。对时间演化的能量分辨分析表明，在激发态，退磁过程的效率几乎达到100%。
2015-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
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
The influence of photon angular momentum on ultrafast spin dynamics in Nickel
利用抽运-探测时间分辨磁光克尔效应研究了光子角动量在激光诱导镍薄膜退磁中的作用。记录的数据显示泵螺旋度在泵探测时间重叠，这被证明是非磁性起源的强烈依赖。通过对退磁曲线的精确拟合，我们还表明，退磁时间和电子-声子平衡时间不受抽运螺旋度的影响。因此，我们的结果不支持光子和自旋之间的角动量直接转移与退磁过程相关。这表明，与我们最近提出的微观模型一致，角动量的来源可能是声子或杂质，而不是张和Huebner提出的微观模型中所要求的激光光子。
2006-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Polarized phonons carry the missing angular momentum in femtosecond demagnetization
磁性现象在我们的环境中无处不在，是现代科学技术不可或缺的，但众所周知，要快速改变材料的磁性顺序是非常困难的。然而，如果薄镍膜受到超短激光脉冲的作用，它可以在飞秒时间内几乎完全失去其磁序。这种现象，同时也在许多其他材料中观察到，以一种高效，超快和复杂的方式将磁性与飞秒光学联系起来，为快速信息处理或接近光频率的超快自旋电子学提供了机会。因此，超快退磁的物理学是现代材料研究的核心，但一个关键问题仍然难以捉摸：如果一种材料在飞秒内失去磁化，那么在这么短的时间内丢失的角动量在哪里？在这里，我们使用超快电子衍射揭示镍的各向异性高频声子，出现一样快的磁秩序丢失的几乎瞬时，持久，非平衡人口。各向异性平面垂直于初始磁化方向，原子振荡幅度为2 pm。我们解释了这些意见的圆极化声子，迅速吸收丢失的角动量的自旋系统之前，宏观样品旋转的缓慢发病。退磁所需的时间与加速原子所需的时间有关。这些结果提供了一个原子的图片超快退磁下遵守所有守恒定律，但也表明了非平衡动力学的极化声子的一般重要性，并提供了创新的方法来控制材料的原子尺寸。
2021-06-08 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 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
Ultrafast magneto-lattice dynamics in two-dimensional CrSBr driven by terahertz excitation
本文利用太赫兹激光研究二维CrSBr的超快退磁过程，揭示20 fs内电子驱动退磁和后续声子-自旋耦合两个阶段，并发现B3g1声子模式在83 fs内完成电子弛豫且对退磁影响高达215%，为光控自旋电子器件设计提供指导。
2025-06-05 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
Unifying ultrafast demagnetization and intrinsic Gilbert damping in Co/Ni bilayers with electronic relaxation near the Fermi surface
可控地操纵激光诱导超快磁动力学的能力是未来高速自旋电子器件的先决条件。器件的优化需要超快退磁时间和固有吉尔伯特阻尼的可控性。在以前的尝试建立和之间的关系，稀土掺杂的坡莫合金薄膜具有两种不同的退磁机制是不是一个合适的候选人。本文选择Co/Ni双层膜，通过调节Ni层厚度，利用时间分辨磁光克尔效应（TRMOKE）研究了Co/Ni双层膜中的和之间的关系，得到了这两个参数之间近似成比例的关系。TRMOKE实验与呼吸费米面模型的预测结果吻合较好，证实了大的Elliott-Yafet自旋混合参数与Co/Ni界面强的自旋轨道耦合有关.更重要的是，在费米面附近具有电子弛豫的金属薄膜或异质结构中，与之间的比例关系表明局部自旋翻转散射畴是超快退磁机制，否则是自旋电流机制畴。同时研究超快退磁时间和Gilbert阻尼是区分金属异质结构超快磁猝灭的主要贡献的有效方法。我们的工作为调控金属异质结构如垂直磁各向异性Ta/Pt/Co/Ni/Pt/Ta多层膜的太赫兹辐射强度和效率开辟了一条新的途径，对高频自旋电子器件的设计具有直接的意义。
2017-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Model of ultrafast demagnetization driven by spin-orbit coupling in a photoexcited antiferromagnetic insulator Cr2O3
本文从理论上研究了反铁磁绝缘体Cr $_{2}$ O $_{3}$在激光脉冲泵浦下的动态时间演化。通过求解耗散薛定谔方程，研究了从高自旋四重态到长寿命低自旋二重态的超快退磁过程。我们发现，退磁时间是数百飞秒的顺序，与最近的实验很好地吻合。通过适当调节Cr $^{3+}$多重态能级之间的能隙，可以大大减少开关时间。此外，弛豫时间还依赖于第一光激发态原子轨道的杂化。我们的研究结果表明，选择性操纵的电子结构的工程应力应变或化学取代允许有效地控制的磁状态切换的光激发绝缘过渡金属氧化物。
2017-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Uncovering the role of the light-induced reduction of the inter-atomic exchange in the ultrafast demagnetization of Fe, Co, and Ni
线性磁光克尔旋转的时间分辨测量表明，在{ \it 3d}铁磁体Fe、Co和Ni中，退磁的幅度随光的注量线性增加。我们合理化这种现象是线性驱动的温度升高，电子-声子和电子-磁振子散射，减少原子间的交换。后一种现象的幅度，直到本研究已被广泛忽视，通过\textit{ab initio}密度泛函理论计算，并认为是在Ni和Co的退磁的主要来源，而仍然在很大程度上在Fe。
2023-03-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Revealing the nature of the ultrafast magnetic phase transition in Ni by correlating extreme ultraviolet magneto-optic and photoemission spectroscopies
通过在极紫外波长下的时间和角度分辨光电子能谱以及时间分辨横向磁光克尔效应的测量，我们揭示了Ni超快光致磁相变的普遍性质。这使我们能够解释镍在所有激光能量密度下的超快磁响应-从低激光能量密度下磁化强度的小幅降低到高激光能量密度下的完全淬火。两种探测方法表现出相同的退磁和恢复时间尺度。我们进一步表明，Ni的超快去磁确实是一种磁性相变，在20 fs内启动，随后在~200 fs内材料去磁，随后在500 fs至>70 ps的时间尺度上恢复磁化。我们还提供了两个竞争渠道的证据，在恢复过程中有两个不同的时间尺度，这表明材料中存在共存相。
2018-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Exchange dependent ultrafast magnetization dynamics in Fe$_{1-x}$Ni$_{x}$ alloys
研究了$_{1-x}$-$_{x}$合金中元素特异性超快退磁，覆盖了$0.1<x<0.9$之间的浓度范围。对于所有的组合物，我们观察到的Ni退磁相对于Fe退磁的发病延迟。我们发现，延迟是相关的居里温度，因此也交换相互作用。退磁的时间演变是适合的磁振子扩散模型的基础上，增强超快磁振子产生的Fe亚晶格的假设。从这个模型中提取的自旋波刚度符合已知的实验值。
2018-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
State-resolved ultrafast charge and spin dynamics in [Co/Pd] multilayers
我们使用瞬态吸收光谱与圆偏振X射线检测激光激发的空穴状态下的费米能级和比较它们的动力学与铁磁[Co/Pd]多层膜中的费米能级以上的未占用状态。当低于费米能级时，观察到瞬时且明显更强的退磁，而高于费米能级时，退磁延迟35+/-10 fs。这提供了一个直接的可视化超快退磁如何进行通过初始自旋翻转散射的激光激发的孔随后形成的自旋波。
2021-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Femtosecond Demagnetization and Hot Hole Relaxation in Ferromagnetic GaMnAs
利用双色时间分辨磁光克尔谱研究了GaMnAs的超快光致退磁。带隙以下的中红外泵浦脉冲强烈地激发价带，而近红外探测脉冲揭示了亚皮秒的退磁，随后是超快（$\sim$ 1 ps）的克尔信号的部分恢复。通过与InMnAs的比较，我们将信号恢复归因于空穴的超快能量弛豫。我们认为空穴通过$p$ - $d$散射的动态极化是观测到的探测信号的来源。这些结果支持飞秒退磁的物理图像提出了较早的InMnAs，确定热空穴的能量和自旋弛豫的关键作用。
2008-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast Time-Resolved Faraday Rotation in EuO Thin Films
利用时间分辨法拉第旋转谱研究了EuO薄膜的超快自旋动力学。发现光致磁化强度以瞬态方式增加，并伴有随后的退磁。动态磁化强度增强表现出最大值略低于居里温度与延长的尾巴向较低和较高的温度和占主导地位的退磁对应在55 K。磁化增强分量在~1 ns内衰减。瞬态集体有序的实现归因于f-d交换相互作用的增强。
2012-06-22 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
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
Ultrafast demagnetization in the sp-d model: a theoretical study
提出并分析了局域自旋系统中超快光致磁化动力学的理论模型，局域自旋通过sp-d交换相互作用与载流子自旋耦合。属于这一类别的一类材料的一个突出例子是铁磁（III，Mn）V半导体，其中最近已经观察到超快退磁。在提出的模型中，光激发会加热载流子的数量，使其与局域自旋失去平衡。这触发了两个自旋系统之间的能量和角动量交换过程，该过程持续载流子的能量弛豫期间。我们导出了局域自旋与热载流子相互作用的密度矩阵的主方程，并将其与载流子动力学的唯象处理耦合起来。我们在sp-d模型中发展了一个一般理论，并将其应用于铁磁半导体，同时考虑了这些材料的价带结构。我们表明，快速自旋弛豫的载体可以维持本地化和巡回自旋之间的极化流导致显着的本地化自旋系统的退磁，观察到（III，Mn）V材料。
2007-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Inhomogeneous magnon scattering during ultrafast demagnetization
Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$（Py）和与Cu合金化的Py表现出有趣的超快退磁行为，其中Ni磁矩显示出相对于Fe的延迟响应，Cu合金化强烈增强了这种效应。我们已经研究了宽范围的Cu浓度，以阐明Cu合金化在Py中的影响。轨道/自旋磁矩比在很大程度上不受Cu合金化的影响，这意味着Cu引起的超快退磁的变化与自旋-轨道相互作用无关。我们发现，磁振子扩散可以解释延迟Ni响应，我们归因于增强的磁振子产生率在Fe亚晶格相对于Ni亚晶格。此外，Py表现出突出的RKKY类交换相互作用，这是强烈增强Fe原子之间和Ni原子之间的Cu合金化减少。增加的Fe磁振子散射率预计将同时发生这种增加的Fe-Fe交换相互作用，支持从磁振子扩散模型得到的结果。
2018-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
