一项新的研究表明，激光脉冲可以通过影响稀土材料的4f电子来改变其磁性。这种能力在主要x射线设施的实验中得到了证明，可以带来更快、更有效的数据存储解决方案。来源:SciTechDaily.com
激光脉冲已被证明可以通过影响4f电子来调节稀土的磁性，为更快、更节能的数据存储设备开辟了道路。
稀土磁性材料的特殊性质是由于其4f层中的电子。到目前为止，4f电子的磁性是co被认为几乎无法控制。现在，科学家们首次证明了激光脉冲可以影响4f电子，从而改变它们的磁性。这一发现是通过EuXFEL和FLASH的实验得出的，为稀土元素的数据存储开辟了一条新途径。
磁性能控制的突破
我们所知道的最强的磁铁是稀土。它们的4f电子负责它们的磁性:它们产生一个大的磁矩，即使它们的化学环境发生变化也能保持。这意味着稀土可以在不改变其特殊磁性的情况下用于非常不同的化合物和合金。
到目前为止，人们一直认为，即使用激光脉冲激发材料，4f电子的磁性也不会改变。但事实上，这是可能的，因为来自亥姆霍兹材料和能源中心(HZB)，柏林自由Universität, DESY，欧洲x射线激光器XFEL和其他机构的一个团队现在已经证明，4f电子的空间排列可以通过激光激发短暂地改变。这也改变了它们的磁性。
这种效应为磁性稀土材料的快速和节能控制开辟了新的可能性。这项研究将发表在今天(8月5日)的《科学进展》杂志上。
图像显示了激发发生的铽轨道和激发过程的示意图。信贷:HZB
来自x射线激光器的实验见解
研究小组用x射线激光器EuXFEL和FLASH进行了实验，并分析了铽的样品。铽是一种原子序数为65的稀土元素，在4f轨道上共有8个电子。用超短激光脉冲激发样品，并用x射线光谱学对样品进行分析。研究中使用的软x射线辐射能够非常灵敏地确定材料的电子结构。
实验表明，激光激发后，4f电子会短暂切换到具有不同空间分布的轨道上。这是由于5d电子的散射过程，这是以前没有考虑过的。激光激发使4f电子重新分布，使它们的磁性发生短暂的变化。
数据存储技术的潜力
这种控制开关为稀土材料开辟了新的应用，如节能和快速信息存储设备。到目前为止，稀土还没有被用于磁性存储介质。
最新的存储介质是所谓的HAMR(热辅助磁记录)数据存储设备，其中磁性结构被激光脉冲加热，以便通过磁铁进行切换。有了更强的稀土磁体，超短激光脉冲现在可以激发4f电子并实现开关——一种比HAMR存储器中的加热机制更快更有效的电子效应。
x射线光谱学进展
近几十年来，利用加速器产生超短x射线脉冲的x射线源的发展使这项研究成为可能。这些x射线源可以在几飞秒的时间尺度上观察磁性材料中的基本过程。飞秒(10-15秒)是十亿分之一秒的百万分之一。光在300飞秒内传播大约一根头发的宽度。
这项工作是在欧洲x射线激光器EuXFEL和汉堡的FLASH上进行的。HZB还运行着一个短脉冲x射线源，将在今年年底扩大，专门用于高光谱分辨率的实验。然后，BESSY II也将为这类实验提供最佳条件。柏林是世界领先的超快磁效应研究中心之一。
参考:“稀土金属中4f轨道态的光学控制”作者:Nele thielemann - k
Freie Universität, Technische Universität, HZB, Fritz-Haber-Institut和Max-Born-Institut以及Halle的合作伙伴的工作由德国研究基金会资助，作为跨区域合作研究中心(transregion - sfb 227“超快自旋动力学”)的一部分。
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