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Nat.Commun：鐵磁Co/Pt多層材料超快磁致冷作用

【引言】

巨磁熱效應自從發現以來在理解磁製冷機製方麵一直受到廣泛的關注。由於磁製冷（MCE）是通過外場的強製磁化排列的結果，所以自然地出現MCE可以實現多快的問題。 這個問題與磁性材料的退磁動力學和隨後的再磁化有關。 在過去二十年中，Beaurepaire等人的開創性工作已經深入研究了通過時間分辨的磁光克爾效應（TR-MOKE）的超快光致退磁再磁化現象。由光脈衝觸發的淨磁矩的超快退磁和再磁化過程激發了學者對飛秒時間尺度上自旋、電子、晶格和光子之間的超快速相互作用動力學的極大關注。 因此，在飛秒激光加熱過程中確認MCE的存在對於進一步了解相關的自旋，電子和晶格動力學至關重要。

【成果簡介】

近日，韓國忠北大學Dong-Hyun Kim和浦項科技大學Dong Eon Kim（共同通訊作者）在Nat. Commun上發布了一篇題為“Ultrafast giant magnetic cooling effect in ferromagnetic Co/Pt multilayers”的文章。在該文章中研究人員對激光能量密度的係統變化以及外場強度和方向的時間分辨磁光響應進行了廣泛分析，從而發現在光誘導退磁和再磁化過程中，Co / Pt納米多層材料在飛秒時間範疇內存在巨磁冷卻（高達200 K）現象，其中無序自旋排列更快，通過多層體係中的晶格-自旋相互作用從而磁冷卻。

【圖文解讀】

圖一 超快磁製冷效應示意圖

(a) 樣品在外磁場下的退磁狀態；

(b) 樣品在零外磁場下的退磁狀態。灰色箭頭表示激光脈衝傳播方向

圖二 時間分辨的磁光克爾效應

(a) n = 5，10，15的磁光克爾效應3D圖像；

(b) 不同時間條件下測量的磁滯回線∆θKerr；

(c) 不同場強度下的標準化TR-MOKE信號。

圖三 電子、自旋、晶格隨溫度變化曲線

θH= 23°：

(a) 零場下Ts（紅色），Te（黑色）和T1（藍色）的時間特性；

(b) 1.7kOe Ts，Te和T1的時間特性；

(c) 不同外場條件下的Ts延遲現象；

θH= 0°：

(d) 零場下Ts、Te、T1的時間特性；

(e) 1.7kOe Ts，Te和T1的時間特性；

(f) 不同外場條件下的Ts延遲現象；

圖四 場依賴和注量依賴行為

θH= 23°：

(a) Gls/ Gls(H = 0)和∆Ts場依賴性；

(b-c) 不同場條件下的τeff和A擬合曲線；

θH= 0°：

(d) Gls/ Gls(H = 0)和∆Ts注量依賴性。

【小結】

磁冷卻效應源自強製磁化排列導致大的熵變，與常規製冷相比，長期以來被認為是用作替代環境友好的冷卻技術。這項研究不僅是一個原理驗證實驗，而且可能提供未來應用利用飛秒和/或皮秒磁性冷卻現象的可能性，為亞皮秒時間刻度的超快磁性冷卻研究和應用打開了一扇門，為實現超快磁性器件找到新途徑。

文獻鏈接：Ultrafast giant magnetic cooling effect in ferromagnetic Co/Pt multilayers (Nat. Commun，2017，DOI: 10. 1038/ s41467- 017- 00816- w)

本文由材料人金屬材料組liunian供稿，材料牛整理編輯。

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最後更新：2017-10-16 09:08:48

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