但是，要利用Heusler半金屬的自旋極化，我們需要能夠在極短的時(shí)間內(nèi)改變它的自旋態(tài)。這就是光激發(fā)的作用當(dāng)我們用一束超快的激光脈沖照射Heusler半金屬時(shí)，我們可以在幾百飛秒的時(shí)間內(nèi)激發(fā)出復(fù)雜的自旋動(dòng)力學(xué)。這些自旋動(dòng)力學(xué)包括三種主要的過(guò)程：自旋翻轉(zhuǎn)、同位自旋轉(zhuǎn)移和跨位自旋轉(zhuǎn)移。
自旋翻轉(zhuǎn)：這是指電子的自旋方向由于自旋軌道耦合而改變。自旋軌道耦合是指電子的自旋和軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用，它可以使電子的自旋和軌道角動(dòng)量之間發(fā)生轉(zhuǎn)換。當(dāng)電子受到激光脈沖的激發(fā)時(shí)，它的能量和動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致自旋軌道耦合的強(qiáng)度也發(fā)生變化。這就可能使電子的自旋發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而改變材料的磁化強(qiáng)度。
同位自旋轉(zhuǎn)移：這是指同一種元素的不同原子之間的自旋交換。例如，在Co2MnGa中，有兩種不同的Co原子，分別位于不同的晶格位置。當(dāng)激光脈沖激發(fā)了其中一種Co原子的電子時(shí)，它的自旋可能會(huì)通過(guò)交換作用傳遞給另一種Co原子的電子，從而導(dǎo)致兩種Co原子的磁矩發(fā)生變化。
跨位自旋轉(zhuǎn)移：這是指不同種類(lèi)的元素之間的自旋交換。例如，在Co2MnGa中，Co原子和Mn原子之間存在著強(qiáng)烈的自旋耦合，使得它們的磁矩保持平行。當(dāng)激光脈沖激發(fā)了Co原子的電子時(shí)，它的自旋可能會(huì)通過(guò)交換作用傳遞給Mn原子的電子，從而導(dǎo)致Co原子和Mn原子的磁矩發(fā)生反向。這三種過(guò)程都會(huì)在激光脈沖的作用下發(fā)生，但是它們的相對(duì)強(qiáng)度和時(shí)間尺度是不同的。要區(qū)分這三種過(guò)程，我們需要一種能夠探測(cè)不同元素和不同自旋方向的電子的方法。這就是極紫外高次諧波探測(cè)的作用。
極紫外高次諧波是一種由激光脈沖與氣體分子相互作用產(chǎn)生的短波長(zhǎng)的電磁輻射，它可以用來(lái)探測(cè)材料中的電子和自旋態(tài)。極紫外高次諧波的優(yōu)點(diǎn)是，它可以在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)材料進(jìn)行元素特異性的測(cè)量，即只測(cè)量某一種元素的電子。這是因?yàn)闃O紫外高次諧波的能量可以匹配材料中的某一種元素的吸收邊緣，即該元素的電子從內(nèi)層躍遷到外層所需的能量。當(dāng)極紫外高次諧波的能量與某一種元素的吸收邊緣相匹配時(shí)，它就可以激發(fā)該元素的電子，從而產(chǎn)生一個(gè)特征的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)可以反映該元素的電子和自旋的變化，從而揭示材料中的自旋動(dòng)力學(xué)。
最近發(fā)表的一篇論文就利用了這種方法，對(duì)Co2MnGa中的Co和Mn兩種元素的自旋動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了測(cè)量。他們使用了一束波長(zhǎng)為800 nm，持續(xù)時(shí)間為30 fs的激光脈沖作為泵浦光源，激發(fā)了Co2MnGa中的電子和自旋。然后，他們使用了一束波長(zhǎng)范圍為20-72 nm，持續(xù)時(shí)間為20 fs的極紫外高次諧波作為探測(cè)光源，測(cè)量了Co和Mn兩種元素的M邊緣(即3p到3d的躍遷)的吸收變化。這些吸收變化可以反映Co和Mn兩種元素的磁化強(qiáng)度的變化，從而揭示了自旋動(dòng)力學(xué)的過(guò)程。
他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，激光脈沖可以在極短的時(shí)間內(nèi)控制Heusler半金屬中的自旋動(dòng)力學(xué)，包括自旋翻轉(zhuǎn)、跨位自旋轉(zhuǎn)移和同位自旋轉(zhuǎn)移。這些過(guò)程的相對(duì)強(qiáng)度和時(shí)間尺度取決于激光脈沖的參數(shù)和探測(cè)光的能量。這種光控制自旋的方法為自旋電子學(xué)提供了一種新的可能性，可以在未來(lái)實(shí)現(xiàn)更快、更節(jié)能的信息存儲(chǔ)和處理。
