Nat. Commun：铁磁Co / Pt多层材料超快磁致冷作用

【引言】

巨磁热效应自从发现以来在理解磁制冷机制方面一直受到广泛的关注。由于磁制冷（MCE）是通过外场的强制磁化排列的结果，所以自然地出现MCE可以实现多快的问题。 这个问题与磁性材料的退磁动力学和随后的再磁化有关。 在过去二十年中，Beaurepaire等人的开创性工作已经深入研究了通过时间分辨的磁光克尔效应（TR-MOKE）的超快光致退磁再磁化现象。由光脉冲触发的净磁矩的超快退磁和再磁化过程激发了学者对飞秒时间尺度上自旋、电子、晶格和光子之间的超快速相互作用动力学的极大关注。 因此，在飞秒激光加热过程中确认MCE的存在对于进一步了解相关的自旋，电子和晶格动力学至关重要。

【成果简介】

近日，韩国忠北大学Dong-Hyun Kim和浦项科技大学Dong Eon Kim（共同通讯作者）在Nat. Commun上发布了一篇题为“Ultrafast giant magnetic cooling effect in ferromagnetic Co/Pt multilayers”的文章。在该文章中研究人员对激光能量密度的系统变化以及外场强度和方向的时间分辨磁光响应进行了广泛分析，从而发现在光诱导退磁和再磁化过程中，Co / Pt纳米多层材料在飞秒时间范畴内存在巨磁冷却（高达200 K）现象，其中无序自旋排列更快，通过多层体系中的晶格-自旋相互作用从而磁冷却。

【图文解读】

图一 超快磁制冷效应示意图

(a) 样品在外磁场下的退磁状态；

(b) 样品在零外磁场下的退磁状态。灰色箭头表示激光脉冲传播方向

图二 时间分辨的磁光克尔效应

(a) n = 5，10，15的磁光克尔效应3D图像；

(b) 不同时间条件下测量的磁滞回线∆θ_Kerr；

(c) 不同场强度下的标准化TR-MOKE信号。

图三 电子、自旋、晶格随温度变化曲线

θ_H = 23°：

(a) 零场下T_s（红色），T_e（黑色）和T₁（蓝色）的时间特性；

(b) 1.7kOe T_s，T_e和T₁的时间特性；

(c) 不同外场条件下的T_s延迟现象；

θ_H = 0°：

(d) 零场下T_s、T_e、T₁的时间特性；

(e) 1.7kOe T_s，T_e和T₁的时间特性；

(f) 不同外场条件下的T_s延迟现象；

图四 场依赖和注量依赖行为

θ_H = 23°：

(a) G_ls / Gls_{(H = 0)}和∆T_s场依赖性；

(b-c) 不同场条件下的τ_eff和A₀ 拟合曲线；

θ_H = 0°：

(d) G_ls / G_{ls(H = 0)}和∆T_s注量依赖性。

【小结】

磁冷却效应源自强制磁化排列导致大的熵变，与常规制冷相比，长期以来被认为是用作替代环境友好的冷却技术。这项研究不仅是一个原理验证实验，而且可能提供未来应用利用飞秒和/或皮秒磁性冷却现象的可能性，为亚皮秒时间刻度的超快磁性冷却研究和应用打开了一扇门，为实现超快磁性器件找到新途径。

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

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