二维铁磁体的飞秒自旋翻转

本文介绍了中国科学院物理研究所团队关于二维铁磁体Fe₃GeTe₂中光诱导超快自旋动力学的研究。背景方面，电子自旋是自旋电子学器件的核心，超快激光有望实现皮秒尺度的自旋操控，但强非平衡条件下的自旋-电子-晶格耦合动力学尚不清晰。研究目的为利用实时含时密度泛函理论与Ehrenfest分子动力学，系统探究Fe₃GeTe₂在激光激发下的超快自旋翻转机制。结论显示，在近红外激光激发下，体系可在约300飞秒内发生自旋翻转，并随激光强度变化呈现退磁、自旋翻转和自旋熔化三种磁动力学区域。该过程源于非平衡电子激发与A1g对称性相干声子的协同作用：A1g声子降低自旋翻转能垒，而非平衡电子打破自旋简并态，最终实现翻转。自旋翻转还伴随Berry曲率和Chern数符号的反转，表明拓扑性质变化。该研究提出了基于单模线性声子驱动的自旋翻转新机制，为超快自旋电子学器件提供了理论依据。