比勒菲尔德大学 在这项新的研究中，德米特里·图尔奇诺维奇博士(左)和张文韬与他们的国际同事一起展示了如何测量磁性状态的超快变化
学分:比勒菲尔德大学/硕士
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米勒 来自比勒菲尔德大学、乌普萨拉大学、斯特拉斯堡大学、上海科技大学、马克斯·普朗克聚合物研究所、苏黎世联邦理工学院和柏林自由大学的国际物理学家团队开发了一种精确的方法来测量材料中磁性状态的超快变化
他们通过观察伴随这种磁化强度变化的太赫兹辐射的发射来做到这一点
他们的研究题为“超快太赫兹磁强计”，今天发表在《自然通讯》上
磁性存储器不仅仅通过缩小磁性比特的大小来获得越来越高的容量，它们也变得越来越快
原则上，磁性位元可以在短于一皮秒的极快时间尺度上翻转，也就是说，它可以将其状态从一变成零，反之亦然
一皮秒(1 ps = 10-12 s)是百万分之一秒的百万分之一
这可以允许磁存储器在太赫兹(1太赫兹= 1×1012赫兹)开关频率下工作，对应于极高的每秒太比特(Tbit/s)数据速率
“真正的挑战是能够足够快速和灵敏地检测这样的磁化强度变化，”博士解释说
德米特里·图尔奇诺维奇是比勒菲尔德大学的物理学教授，也是这项研究的领导者
现有的超快磁测法都有某些明显的缺点，例如，只能在超高真空条件下工作，不能测量封装材料，等等
我们的想法是利用电动力学的基本原理
这表明，材料磁化强度的变化必然导致电磁辐射的发射，电磁辐射包含关于磁化强度变化的全部信息
如果材料的磁化强度在皮秒时间尺度上发生变化，那么发射的辐射将属于太赫兹频率范围
问题是，这种被称为“磁偶极子辐射”的辐射非常微弱，很容易被其他来源的光所掩盖
" 张文韬，博士
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德米特里·图尔奇诺维奇(Dmitry Turchinovich)教授实验室的学生，也是发表论文的第一位作者说:“我们花了时间，但最终我们成功地精确隔离了这种磁偶极子太赫兹辐射，使我们能够可靠地重建样品中的超快磁化动力学:封装的铁纳米薄膜
" 如图所示，研究人员能够测量由超快电子和声学过程引起的铁纳米膜中的磁化动力学
学分:比勒菲尔德大学/W
张 在他们的实验中，研究人员向铁纳米薄膜发射非常短的激光脉冲，使它们很快退磁
与此同时，他们正在收集退磁过程中发出的太赫兹光
对这种太赫兹辐射的分析产生了铁膜中磁性状态的精确时间演化
“一旦我们的分析完成，我们意识到我们实际上看到的远远超过我们的预期，”德米特里·图尔奇诺维奇继续说道
一段时间以来，人们已经知道，在激光照射下，铁可以很快退磁
但是我们也看到了一个相当小，但是非常清晰的磁化动力学的附加信号
这让我们都非常兴奋
这个信号来自铁的退磁——实际上是由一个非常快的声音脉冲通过我们的样本传播驱动的
这声音是从哪里来的？很简单:当铁膜吸收了激光后，不仅退磁，还变热了
众所周知，大多数材料在变热时会膨胀——铁纳米薄膜的这种膨胀在我们的样品结构中发射了太赫兹超声波脉冲
这种声音脉冲在内部和外部的样本边界之间来回跳动，就像大厅墙壁之间的回声
每次这种回声通过铁纳米薄膜时，声音的压力会使铁原子移动一点点，这进一步削弱了材料的磁性
“以前从未在如此超快的时间尺度上观察到这种效应
“我们很高兴能够如此清晰地看到这种声学驱动的超快磁化信号，而且它非常强
令人惊讶的是，用波长为亚毫米的太赫兹辐射探测它的效果如此之好，因为铁膜中的膨胀只有几十毫微微米(1 fm = 10-15米)，比这小十个数量级
彼得·M
奥珀内尔是乌普萨拉大学的物理学教授，他领导了这项研究的理论部分
医生
巴勃罗·马尔多纳多，彼得·M
奥本海默进行了对解释这项工作中的观察至关重要的数值计算，他补充说:“我发现非常令人兴奋的是实验数据和我们的第一原理理论计算之间几乎完美的匹配
这证实了我们的超快太赫兹磁测实验方法确实非常精确，也足够灵敏，因为我们能够清楚地区分不同来源的超快磁信号:电子和声音
" 这份出版物的其余合著者将它献给了他们的同事和超快磁学领域的先驱李博士
斯特拉斯堡大学的埃里克·博勒维耶
他是这项研究的发起人之一，但在研究的最后阶段去世了
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