近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場(chǎng)中心盛志高研究員與荷蘭Radboud大學(xué)A.V. kimel教授等團(tuán)隊(duì)合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF），在2D vdW鐵磁體Fe₃GeTe₂中，借助強(qiáng)磁場(chǎng)下的時(shí)間分辨磁光克爾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)激光誘導(dǎo)超快退磁效應(yīng)的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)既能加快退磁速度，又能抑制退磁效率。該成果于2025年5月23日在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊National Science Review。

1996年人們發(fā)現(xiàn)激光脈沖能誘導(dǎo)鐵磁Ni的自旋，在飛秒級(jí)（10^-15s）時(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)了超快退磁效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)開辟了超快自旋動(dòng)力學(xué)研究的新領(lǐng)域，不僅為理解電子自旋、晶格和電荷之間的能量傳遞機(jī)制提供了全新視角，而且為開發(fā)超高速磁存儲(chǔ)和邏輯器件奠定了基礎(chǔ)。超快退磁過程包含了電子自旋、晶格振動(dòng)和電荷載流子之間的復(fù)雜耦合作用，是多種能量傳遞通道競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。在不同耦合作用條件下可以出現(xiàn)飛秒級(jí)快過程、也可能出現(xiàn)皮秒級(jí)慢過程。如果能抑制/調(diào)控慢過程，有望將自旋相關(guān)數(shù)據(jù)處理速度提升至飛秒量級(jí)，或?qū)氐赘淖冃畔⒋鎯?chǔ)與處理的范式。因此，超快退磁的調(diào)控與機(jī)制研究一直是自旋電子學(xué)領(lǐng)域的核心議題之一。

相對(duì)于其它外場(chǎng)（溫度、壓力等），磁場(chǎng)能直接作用于物質(zhì)中的自旋角動(dòng)量，是調(diào)控自旋的有效手段。然而，除了極少數(shù)的實(shí)驗(yàn)觀察和理論預(yù)測(cè)外，絕大多數(shù)超快退磁研究都是在遠(yuǎn)低于1 T的磁場(chǎng)中進(jìn)行的。磁場(chǎng)這一重要調(diào)控自由度被長期忽略，關(guān)于超快退磁的磁控效應(yīng)與機(jī)理，也尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究。

研究團(tuán)隊(duì)首次證實(shí)了磁場(chǎng)對(duì)超快退磁過程的速度、效率具有雙重調(diào)控作用。團(tuán)隊(duì)通過SHMFF強(qiáng)磁場(chǎng)下時(shí)間分辨磁光克爾效應(yīng)技術(shù)，在二維vdW鐵磁體Fe₃GeTe₂中發(fā)現(xiàn)，7 T磁場(chǎng)可使退磁時(shí)間加速60%，同時(shí)將退磁效率抑制34%。基于對(duì)溫度依賴特性的分析，團(tuán)隊(duì)在三溫度模型框架內(nèi)提出了基于自旋熵變化的磁調(diào)控機(jī)制。該模型具有普適性，不依賴于材料的電子結(jié)構(gòu)和磁性結(jié)構(gòu)特性，這意味著借助外加磁場(chǎng)控制超快退磁加速可能是廣泛存在于各類材料中的普適現(xiàn)象。另外，這一磁場(chǎng)雙調(diào)控效應(yīng)在200 K左右的高溫區(qū)更為明顯，這有利于未來的器件應(yīng)用。

強(qiáng)磁場(chǎng)中心汪洲和孫韜博士為共同第一作者，荷蘭Radboud大學(xué)A.V. kimel教授和強(qiáng)磁場(chǎng)中心盛志高研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、歐洲研究委員會(huì)ERC基金等項(xiàng)目和強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf185