二维铁磁体的飞秒自旋翻转 | 进展

在超快自旋电子学领域，利用超短激光脉冲实现自旋的皮秒甚至亚皮秒尺度操控是发展高速信息器件的关键。针对光诱导强非平衡条件下自旋、电子与晶格自由度的复杂耦合动力学问题，中国科学院物理研究所研究团队基于实时含时密度泛函理论与Ehrenfest分子动力学方法，系统研究了二维巡游铁磁体Fe₃GeTe₂中的光致超快自旋动力学。研究发现，近红外激光激发可在约300飞秒内实现磁矩翻转，且随激光强度变化体系可分别进入退磁、自旋翻转和自旋熔化三种磁动力学调控区域。该超快自旋翻转过程源于非平衡电子激发与特定对称性A1g相干声子模式的协同作用：A1g声子通过降低自旋翻转能垒促进磁矩反转，非平衡电子占据则打破自旋态简并性，使体系能跨越能垒完成翻转。同时，自旋翻转伴随着Berry曲率分布和Chern数符号的反转，揭示了非平衡电子结构与超快磁动力学的关联。该研究提出了基于单模线性相干声子协同驱动的飞秒尺度自旋反转新机制，为超快自旋电子学器件发展提供了理论依据。