Ultrafast optical demagnetization manipulates nanoscale spin structure in domain walls.
Ultrafast optical demagnetization manipulates nanoscale spin structure in domain walls.
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DOI：
10.1038/ncomms2108
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发表时间：
2012
影响因子：
16.6
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
在磁有序固体的超快退磁过程中，角动量必须在飞秒和皮秒时间尺度上在系统中的自旋、电子和声子之间转移。尽管内在的自旋转移机制引起了激烈的争论，但由于纳米级异质性而产生的其他外在机制最近才进入讨论。在这里，我们使用来自自由电子激光器的飞秒 X 射线脉冲来研究具有磁畴图案的薄膜样品。我们在亚皮秒时间尺度上观察到红外泵浦引起的磁畴壁内自旋结构的变化。这种与畴形貌相关的贡献将每个畴中的固有退磁过程与跨畴壁的自旋输运过程连接起来，证明了不同磁化区域之间的自旋相关电子输运作为超快退磁通道的重要性。该路径独立于化学界面等结构不均匀性而存在，并对光泵浦脉冲产生超快的空间变化响应。当磁有序固体暴露于飞秒光脉冲时，会发生超快退磁，但确切的自旋转移机制仍存在争议。 Pfau 等人将超短 X 射线和红外激光脉冲相结合。显示了磁性薄膜中磁域之间自旋输运的重要性。
During ultrafast demagnetization of a magnetically ordered solid, angular momentum has to be transferred between the spins, electrons, and phonons in the system on femto- and picosecond timescales. Although the intrinsic spin-transfer mechanisms are intensely debated, additional extrinsic mechanisms arising due to nanoscale heterogeneity have only recently entered the discussion. Here we use femtosecond X-ray pulses from a free-electron laser to study thin film samples with magnetic domain patterns. We observe an infrared-pump-induced change of the spin structure within the domain walls on the sub-picosecond timescale. This domain-topography-dependent contribution connects the intrinsic demagnetization process in each domain with spin-transport processes across the domain walls, demonstrating the importance of spin-dependent electron transport between differently magnetized regions as an ultrafast demagnetization channel. This pathway exists independent from structural inhomogeneities such as chemical interfaces, and gives rise to an ultrafast spatially varying response to optical pump pulses. Ultrafast demagnetization occurs when magnetically ordered solids are exposed to femtosecond light pulses, yet the exact spin-transfer mechanism is still debated. Combining ultrashort X-rays and infrared laser pulses, Pfau et al. show the importance of spin transport between domains in thin magnetic films.
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