电子和声子有啥相互作用？磁能以多快的速度改变方向？

磁铁能以多快的速度改变方向？以及起作用的微观机制是什么？BESSY II的一个HZB团队首次对超快磁的主要微观过程进行了实验评估。为此目的开发的方法也可用于研究石墨烯、超导体或其他量子材料中自旋与晶格振荡之间的相互作用。

电子与声子之间的相互作用被认为是超快磁化或退磁过程(自旋翻转)背后的微观驱动力。然而，由于缺乏合适的方法，直到现在才有可能详细地观察到这样的超快过程。

现在，由Alexander Fohlisch教授领导的一个团队开发了一种新颖的方法，可以在铁磁镍和非磁性铜两种模型系统中实验确定电子声子驱动的自旋反转散射率，使用BESSY II的x射线发射光谱(x -射线发射光谱)来做这件事。x射线激发样品中的核心电子(镍或铜)，形成所谓的核心空穴，这些空穴随后被价电子的衰变所填满。这种衰变导致光的发射，然后可以检测和分析。样品在不同温度下测量，观察晶格振动(声子)从室温上升到900摄氏度的影响。

随着温度升高，铁磁镍的排放量明显下降。这一观察结果与镍激发后电子能带结构过程的理论模拟吻合得很好：通过提高温度从而增加声子总体，电子与声子之间的散射率增加。散射电子不再能衰变，这就导致了光发射的减弱。正如所料，在抗磁铜的情况下，晶格振动对测量到的辐射几乎没有任何影响。Fohlisch团队的第一作者和博士后科学家Regis Decker博士说：我们相信研究不仅对磁性、固体电子特性和x射线发射光谱领域的专家很感兴趣。

而且对对这一动态研究领域的最新发展感到好奇的更广泛读者也很感兴趣。该方法还可用于分析石墨烯、超导体或拓扑绝缘体等新型量子材料的超快自旋翻转过程。虽然在测量超短激光脉冲后的退磁时间方面做了大量工作，但对其微观机理的实验研究仍然很少。在过渡金属铁磁体中，电子和声子散射驱动的导电电子自旋翻转是其主要机理之一。

该研究提出了一种利用x射线发射光谱严格的原子对称性选择规则来监测镍中，电子声子介导自旋反转散射速率的实验方法。声子群的增加导致三维→2p3/2衰减峰值强度减弱，这反映了自旋反转引起角动量转移散射率的增加。研究发现，在室温下，镍的三维带自旋弛豫时间尺度为50 fs左右，而在相同方法下，抗磁反例铜的自旋弛豫时间，没有出现这样的峰值演化。