Spin-lattice angular momentum transfer of localized and valence electrons in the demagnetization transient state of gadolinium

散射 电子 凝聚态物理 原子物理学 声子 散射率 物理 超导电性 量子力学 光学
作者
Régis Decker,Artur Born,Kari Ruotsalainen,Karl Bauer,Robert Haverkamp,Robby Büchner,Annette Pietzsch,Alexander Föhlisch
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:119 (15) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0063404
摘要

The electron–phonon scattering is one of the main microscopic mechanisms responsible for the spin-flip in the transient state of ultrafast demagnetization. Here, we present an experimental determination of the temperature-dependent electron–phonon scattering rate in Gd. Using a static x-ray emission spectroscopy method, where the reduction of the decay peak intensities when increasing the temperature is quantified, we measure independently the electron-phonon scattering rate for the 5d and the 4f electrons. We deduce the temperature dependence of scattering for the 5d electrons, while no effect on the phonon population is observed for the 4f electrons. Our results suggest that the ultrafast magnetization dynamics in Gd is triggered by the spin-flip in the 5d electrons. We also evidence the existence of a temperature threshold, above which spin-flip scattering of the 5d electrons takes place. We deduce that during the transient state of ultrafast demagnetization, the exchange energy between 5d electrons has to be overcome before the microscopic electron-phonon scattering process can occur.

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