铁磁自旋阀中超快自旋动力学与自旋输运的理论研究：激光诱导单脉冲亚皮秒磁化切换机制

本研究针对稀土自由自旋阀中激光诱导单脉冲亚皮秒磁化切换的实验现象，通过Landau–Lifshitz–Bloch（LLB）方程与Valet–Fert（VF）自旋输运理论，首次揭示了铁磁异质结构中平行（P）与反平行（AP）构型双向切换的物理机制。研究证实非局域自旋流是驱动切换的关键因素，为全光磁存储技术提供了新范式。

　　

磁性材料的超快操控是信息存储技术的核心挑战。传统全光磁切换（AOS）依赖稀土元素和反平行磁构型，严重制约器件设计自由度。俄罗斯科学基金会支持的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表突破性成果，通过理论建模揭示了铁磁自旋阀[Pt/Co]/Cu/[Co/Pt]中无需稀土的普适性切换机制。

研究采用多尺度模拟方法：1）基于s-d交换哈密顿量构建局域自旋散射模型；2）LLB方程描述铁磁薄膜纵向动力学；3）VF理论量化非磁性层（N）的自旋输运。通过设定F1(10 nm)/F2(2 nm)厚度比与T_1c
=740 K>T_2c
的居里温度梯度，确保仅F2层发生切换。

【Model】
s-d交换作用分解为平均场项与涨落项，揭示电子-局域自旋散射产生非平衡自旋积累。关键参数交换耦合常数α决定自旋翻转效率。

【Results】
计算表明：1）P→AP切换所需激光能量低于AP→P，与实验[16]一致；2）F2层磁化反转需四过程协同：s-d散射（局域输运）、电子冷却、自旋-晶格弛豫、层间自旋转移（非局域输运）。

【Discussion and conclusion】
首次证明铁磁异质结中P构型起始切换的可行性，打破传统AOS理论限制。非局域自旋流通过Cu层介导的角动量转移是核心机制，为设计无稀土、高密度磁存储器提供理论基石。该成果将推动自旋电子学器件向更高速、更低能耗方向发展。