自旋 Berry 点对于超快退磁的关键作用

激光诱导的超快退磁二十多年来一直困扰着世界各地的研究人员。电子、磁性和声子子系统的内在复杂性难以在微观上理解。迄今为止，无法用单一机制解释退磁，这表明仍缺失关键的信息片段。在本文中，我们回归物理学的一个基本方面：自旋及其在整个布里渊区内每个能带中的变化。我们以面心立方 Ni 为例，使用极稠密的 {\bf k} 网格描绘出费米能级附近所有高对称线上每个能带的自旋变化。令我们惊讶的是，某些特殊 {\bf k} 点的自旋角动量仅通过从一个晶体动量点移动到下一个，就从 $\pm \hbar/2$ 突变为 $\mp \hbar/2$。这解释了基于自旋超扩散模型的带内跃迁为何能引发急剧的自旋矩减少，以及电流为何能在自旋电子学中改变自旋取向。这些被称为自旋 Berry 点的特殊 {\bf k} 点并非随机出现，而是在数个能带彼此接近时出现，因此自旋多数态的 Berry 势不同于自旋少数态的 Berry 势。尽管在单一能带内自旋 Berry 点发生跳跃，但当我们将若干相邻能带 grouped 在一起时，它们形成 distinctive 的平滑自旋 Berry 线。正是能带结构打断了这些线。自旋 Berry 点对激光诱导的超快退磁和自旋电子学至关重要。