¿Qué tan rápido puede un imán cambiar su orientación? y ¿cuáles son los mecanismos microscópicos en juego? Un equipo de HZB en BESSY II tiene, por primera vez, evaluó experimentalmente el principal proceso microscópico del magnetismo ultrarrápido. La metodología desarrollada para este propósito también se puede utilizar para investigar las interacciones entre los espines y las oscilaciones de la red en el grafeno. superconductores u otros materiales cuánticos.

Las interacciones entre electrones y fonones se consideran la fuerza impulsora microscópica detrás de los procesos de magnetización o desmagnetización ultrarrápidos (giros de giro). Sin embargo, Hasta ahora no era posible observar estos procesos ultrarrápidos en detalle debido a la ausencia de métodos adecuados.

Ahora, un equipo encabezado por el profesor Alexander Föhlisch ha desarrollado un método original para determinar experimentalmente la tasa de dispersión de espín-volteo impulsada por electrones-fonones en dos sistemas modelo:níquel ferromagnético y cobre no magnético. Usaron espectroscopía de emisión de rayos X (XES) en BESSY II para hacer esto. Los rayos X excitaron los electrones del núcleo en las muestras (Ni o Cu) para crear los llamados agujeros del núcleo, que luego fueron llenados por la desintegración de los electrones de valencia. Esta desintegración da como resultado la emisión de luz, que luego se pueden detectar y analizar. Las muestras se midieron a diferentes temperaturas para observar los efectos de las vibraciones reticulares (fonones) que aumentan desde la temperatura ambiente hasta los 900 grados Celsius.

A medida que aumentaba la temperatura, El níquel ferromagnético mostró una fuerte disminución de las emisiones. Esta observación encaja bien con la simulación teórica de procesos en la estructura de banda electrónica del níquel después de las excitaciones:al aumentar la temperatura y, por lo tanto, la población de fonones, la tasa de dispersión entre electrones y fonones aumenta. Los electrones dispersos ya no están disponibles para la desintegración, lo que resulta en una disminución de la emisión de luz. Como se esperaba, en el caso del cobre diamagnético, las vibraciones de la celosía apenas influyeron en las emisiones medidas.

"Creemos que nuestro artículo es de gran interés no solo para los especialistas en los campos del magnetismo, propiedades electrónicas de sólidos y espectroscopia de emisión de rayos X, sino también a un público más amplio curioso acerca de los últimos desarrollos en este dinámico campo de investigación, "dice el Dr. Régis Decker, primer autor y científico postdoctoral en el equipo de Föhlisch. El método también se puede utilizar para el análisis de procesos de giro de giro ultrarrápidos en nuevos materiales cuánticos como el grafeno, superconductores o aislantes topológicos.