随着自旋电子学器件工作的频率越来越高，研究磁性材料中的超快自旋动力学成为当前研究热点。超快脉冲激光泵浦探测（pump-probe）的方法由于具有飞秒时间分辨，故而在磁性薄膜超快自旋动力学的研究中得到广泛应用。近年来发现金属磁性材料被飞秒激光脉冲泵浦后，磁性材料的磁化强度迅速降低，甚至可能降为零，从铁磁态转变到顺磁态，整个过程能在几百飞秒内完成，这种现象被称为超快退磁。飞秒激光脉冲泵浦磁性材料导致的超快退磁现象蕴含丰富的物理内容，涉及到如电子、晶格和自旋间在非平衡态下的量子多体相互作用等基本物理问题，从而开辟了磁学研究的一个新的方向-飞秒磁学。
    自旋角动量的耗散一直是超快退磁研究的中心问题。传统理论认为自旋角动量的耗散是自旋通过与其它准粒子，如声子、磁振子等发生散射来完成的。最近的理论认为自旋角动量的耗散除了散射外，还要考虑自旋输运。激光脉冲辐照会导致热电子，热电子在磁性材料中运动会导致自旋角动量的转移形成自旋流，从而影响超快退磁。以往的研究中发现超快自旋流能够发生在全金属的自旋阀结构中。如果将该结构的中间非磁金属层换成绝缘层变成隧道结结构，上下两层磁性薄膜间没有形成自旋流，其磁化状态的改变并不影响超快退磁过程。
    磁学国家重点实验室成昭华研究组在中国科学院科研装备研制项目的支持下，成功研制出同时具有高磁灵敏度、高时间分辨和高空间分辨的磁动力学探测系统，时间分辨到达100fs, 空间分辨0.5μm。最近该组何为副研究员、张向群副研究员、杨海涛副研究员、成昭华研究员等人与北京散裂中子源靶站谱仪工程中心的朱涛研究员合作，在钴铁硼隧道结样品中，采用氧化镁作为中间绝缘层，观察到超快的自旋隧道流。相比平行排列，两层铁磁层磁矩在反平行时，自旋隧道流不但使退磁幅度增加，而且使得超快退磁过程加快了25%。这个发现表明在CoFeB/Mgo/CoFeB磁性隧道结中，超快退磁过程可通过热电子隧穿过程来调控，为隧道结自旋电子学器件的超快退磁和高频应用提供一种新途径。相关工作已于近期发表在Scientific Reports 3 2883 (2013)上。
    以上研究工作得到了科技部“973”项目，国家自然科学基金和中国科学院科研装备研制项目的支持。


图1，钴铁硼隧道结样品的磁滞洄线。



图2，两层钴铁硼薄膜在磁矩平行和反平行排列时的超快退磁动力学信号。


图3，退磁大小随泵浦功率的变化曲线。


图4，超快自旋隧道流对超快退磁影响的示意图。