Лазерный мир

При освещении синхротронным светом никель сам испускает рентгеновские лучи из-за распада валентных электронов. Количество испускаемых фотонов уменьшается при увеличении температуры от комнатной до 900 ° С. (Источник: HZB)

Как быстро магнит может переключать свою ориентацию и каковы задействованные микроскопические механизмы игре? Эти вопросы имеют первостепенное значение для разработки хранилищ данных и компьютерных чипов. Теперь команда Helmholtz-Zentrum Berlin HZB впервые смогла экспериментально оценить основной микроскопический процесс сверхбыстрого магнетизма. Разработанная для этой цели методология также может быть использована для исследования взаимодействия между спинами и колебаниями решетки в графене, сверхпроводниках или других квантовых материалах.

Взаимодействия между электронами и фононами рассматриваются как микроскопическая движущая сила сверхбыстрых процессов намагничивания или размагничивания. Однако до сих пор было невозможно детально наблюдать такие сверхбыстрые процессы из-за отсутствия подходящих методов. Теперь команда, возглавляемая Alexander Föhlisch, разработала оригинальный метод, позволяющий впервые экспериментально определить скорость рассеяния с переворотом на электрон-фононном возбуждении в двух модельных системах: ферромагнитный никель и немагнитная медь.

Они использовали рентгеновскую эмиссионную спектроскопию (XES) на BESSY II, чтобы сделать это. Рентгеновские лучи возбуждали  электроны в образцах (Ni или Cu), создавая  дыры, которые затем заполнялись распадом валентных электронов. Этот распад приводит к излучению света, который затем может быть обнаружен и проанализирован. Образцы были измерены при разных температурах, чтобы наблюдать влияние колебаний решетки, возрастающих от комнатной температуры до 900 градусов Цельсия.

По мере увеличения температуры ферромагнитный никель демонстрировал сильное снижение излучения. Это наблюдение хорошо согласуется с теоретическим моделированием процессов в электронной зонной структуре никеля после возбуждений: при увеличении температуры и, следовательно, населенности фононов скорость рассеяния между электронами и фононами увеличивается. Рассеянные электроны больше не доступны для распада, что приводит к уменьшению излучения света. Как и ожидалось, в случае диамагнитной меди колебания решетки практически не влияли на измеряемые выбросы.«Мы считаем, что наша статья представляет большой интерес не только для специалистов в области магнетизма, электронных свойств твердого тела и рентгеновской эмиссионной спектроскопии, но и для более широкого круга читателей, интересующихся последними разработками в этой  динамичной области исследований », — говорит Régis Decker, научный сотрудник команды Föhlisch. Этот метод также можно использовать для анализа процессов сверхбыстрого переворота спина в новых квантовых материалах, таких как графен, сверхпроводники или топологические изоляторы. (Источник: HZB)

R. Decker et al.: Measuring the atomic spin-flip scattering rate by x-ray emission spectroscopy, Sci. Rep. 9, 8977 (2019); DOI: 10.1038/s41598-019-45242-8

Institute for Methods and Instrumentation for Synchrotron Radiation Research FG-ISRR, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Berlin, Germany

Источник: http://www.photonicsviews.com/ultrafast-electron-phonon-interactions/