强磁场加速超快退磁效应 | NSR

1996年人们发现激光脉冲能诱导铁磁Ni的自旋实现飞秒级的超快退磁效应，开启了超快自旋动力学研究。超快退磁效应的发现不仅为理解电子自旋、晶格和电荷之间的能量传递机制提供了全新视角，而且为开发超高速磁存储和逻辑器件奠定了基础——通过飞秒激光精确调控磁性状态，有望将数据存储速度提升至飞秒量级，或将彻底改变信息存储与处理的范式。因此，超快退磁机制研究一直是自旋电子学领域中一个核心问题。

超快退磁过程涉及电子自旋、晶格振动和电荷载流子之间的复杂耦合作用，是多种能量传递通道竞争的结果。研究不同外场条件对退磁效应的影响，是揭示这一多体物理过程机制的关键突破口。相对于其他外场（温度、压力等），磁场能直接作用于物质中的自旋角动量，是调控自旋的有效手段。然而，除了极少数的实验观察和理论预测外，绝大多数超快退磁都是在远低于1T的磁场中进行的。磁场这一调控自由度被忽略，超快退磁的磁控效应与机理更没有系统研究。

近期，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高研究员团队与荷兰Radboud大学A.V. kimel教授等团队合作，系统探索了磁场对激光诱导超快退磁效应的作用。针对2D vdW铁磁体Fe3GeTe2，借助强磁场下的时间分辨磁光克尔探测技术，首次证实了证明磁场既能加快退磁速度，又能抑制退磁效率。结合温度效应的综合分析，在三温度模型框架提出了磁控自旋熵的热力学解释。超快退磁的磁加速效应不仅进一步完善了人们对超快自旋动力学的理解，而且为开发基于外场编程的多功能超快自旋电子器件提供实验基础。

此成果已经发表于《国家科学评论》（National Science Review）2025年第7期，标题为“Acceleration of ultrafast demagnetization in van der Waals ferromagnet Fe3GeTe2in high magnetic field”，A.V. Kimel教授和盛志高研究员为共同通讯作者。

图1：磁场对Fe3GeTe2退磁的影响。

研究团队首次实验证实了磁场对超快退磁过程具有速度、效率的双重调控作用。通过强磁场下时间分辨磁光克尔效应技术，在二维vdW铁磁体Fe3GeTe2中发现， 7 T磁场可使退磁时间从22.2 ps缩短至9.9 ps，同时将退磁效率从79%抑制至52%。这一磁场双调控效应在特征温度区域（90 ~ 210 K）更为明显。结合温度依赖特性，团队在三温度模型框架内提出了基于自旋熵变化的磁调控机制。该模型不依赖于材料的电子和磁性结构的任何特性，暗示借助外加磁场控制超快退磁加速是一种普适现象。

图2：磁控退磁加速的起源。

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf185