超快爱因斯坦-德哈斯效应

爱因斯坦-德哈斯效应的原始观测是现代物理学早期历史中的一项里程碑实验，它阐明了磁性与角动量之间的关系。如今，该效应仍在大一物理课程中被讨论，用以说明铁磁体中取向一致的电子自旋所对应的角动量，可通过外加磁场反转磁化方向而转换为机械角动量。近年来，磁学中的一个相关问题涉及这种角动量转移发生的时间尺度。多个金属铁磁体的实验已知：强光电激发会导致磁化在短于 100 fs 的时间尺度上下降，这一现象称为超快退磁。该过程的微观机制一直存在激烈争论，其中一个关键问题仍未解答：在这些亚皮秒时间尺度上角动量去向何处？在此，我们利用飞秒时间分辨 X 射线衍射表明，在铁磁铁激光诱导退磁过程中，自旋系统失去的角动量中有很大一部分在亚皮秒时间尺度上转移到了晶格，表现为从表面向体内传播的横向应变波。通过将 X 射线数据的简单模型拟合到模拟与光学数据，我们粗略估计该角动量转移发生在约 200 fs 的时间尺度上，对应于自旋系统失去角动量的 80%。我们的结果表明，在该体系中，与晶格的相互作用在超快退磁过程中起着至关重要的作用。