Отзыв Ведущей организации (Фотоиндуцированная сверхбыстрая спиновая динамика в магнитных средах)

«У1 ВЕРАНДА(О» Проректор по научной работе Национального исследовательского 2017 г. ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский инстптут электронной техники» (МИЭТ) о научно-практической ценности диссертации КИМЕЛЯ АЛЕКСЕЯ ВОЛЬДЕМАРОВИЧА на тему «Фотонндуцнрованная сверхбыстрая спиновая динамцка в магнптных средах», представленной на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальностп 05.27,01 Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- н нано-электроника, прпборы на квантовых эффектах Актуальность темы заявленного исследовании обусловлена поиском новых принципов (в том числе фундаментальных) и материалов, способных стать основой для устройств нового поколения для обработки„ хранения и записи информации.

Особое внимание в работе уделено разработке методов фемтосекундного оптического контроля параметра порядка в магнитоупорядоченных средах. Данные методы необходимы для исследования и обоснования возможности полностью оптического переключения магнитного параметра порядка, а также для решения актуальных задач сверхбыстрой магнитной записи, спинтроники, магноники и фотоники на ТГц частотах с использованием широкого класса материалов„включая магнитные диэлектрики ~редкоземельные ортоферриты, борат железа, гранаты), металлические гетероструктуры Со.'Р~ и сплавы Сзс(ЕеСо, а также полупроводники (ГцТе, (Ня., Сд) Сг.эе4).

В частности, в работе продемонстрированы возможности управляемой генерации ТГц мгц ионов, фемтосекундных импульсов тока и эффективной модуляции света на ТТ ц частотах. Современные методы магнитной записи стабильно обеспечивают временные параметры порядка 1 нс/бит и плотность записи порядка 1 терабит на квадратный дюйм, однако анализ дорожных карт развития компькзтерной техники и технологии, а также анализ потребностей соответствующих рынков позволяет уверенно прогнозировать рост требований к увеличению скорости записи~считывания информации, а также увеличение спроса на облачные технологии и системы обработки больших массивов данных. «Традиционные» механизмы магнитной записи, основанные на переключении намагниченности материала в магнитном поле, в настоящее время приближаются к пределам своих технологических возможностей. Основные ограничения связаны с использованием ультракоротких импульсов магнитного поля„генерация и обработка которых сопровождается серьезными и постоянно растущими энергозатратами.

В этой связи интересной альтернативой «традиционной» записи информации могут стать методики управления магнитным порядком вещества с помощью электромагнитного излучения без применения внешних магнитных полей. Современные фемтосекундные лазеры стабильно обеспечивают длительность импульсов порядка нескольких десятков фемтосекунд, а скорость процессов, возбужденных в твердотельных системах таким импульсом, является наивысшей в современной физике конденсированного состояния. Исследования воздействия электромагнитного излучения на спины были начаты более 50 лет назад, однако до недавнего времени механизмы возникновения опто-магнитных полей в средах под действием ультра-коротких лазерных импульсов оставались невыясненными. Поиск и теоретическое обоснование возможных решений данной проблемы также является одной из наиболее интересных и амоициозных задач, поставленных в диссертации.

Таким образом, на основании приведенных аргументов можно заключить, что выбранная тема диссертационного исследования Л,В. Кимеля является весьма актуальной как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Новизна предлагаемого исследования заключается в обнаружении и характеризации фемтосекундных обратных эффектов Фарадея и Коттона-Мутона в ВуГеОз.

УзГе Окь ГеВОз и фемтосекундного обратного магниторефрактивного эффекта в УГеОз„ТпзГеОз, ГеВОз, ГцТе„а также в пионерских исследованиях, подтверждающих возможность управчяемой генерации когерентных спиновых волн на границе зоны Ьриллюэна в КМГз и управляемой генерации фототоков на интерфейсах Со'Рк Соискателеги предложена новая концепция магнитооптического модулятора, основанная на взаимодействии света с релятивистской неоднородностью в магнитооптической среде ( ГЬзба;01з).

Частота такой модуляции может перестраиваться с помощью внешнего магнитного поля и достигать 1.! ТГц. Все указанные результаты получены впервые. Значимость для науки н производства полученных автором диссертации результатов подтверждается использованием в исследовании наиболее актуальных материалов микроэлектронной промышленности, в частности современных магнитных материалов, использующихся при разработке новых перспективных устройств обработки и хранения информации, а также дорожными картами развития микро- и наноэлектроники, составленными мировыми и отечественными аналитиками, где поиск и разработка новых методов сверхбыстрой (ь!енее 1 нс) записи информации с минимальными потерями энергии указаны как одна из важнейших задач отрасли.

Исследования сверхбыстрой динамики намагниченности может привести к созданию принципиально новых техноло! ий, которые, по некоторым данным, могут достичь необходимого уровня конкурентоспособности уже в ближайшие 5 лет. ! акже В рамках сформулированнои цели исследоВания постаВлены задачи, решение которых может дать принципиально новые научные резулыаты„важные для развития физики конденсированного состояния, в частности для формирования фундаментальных основ современных магнитных технологий микроэт!ектроники.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и заключений, представленных в диссертации, подтверждается высокой корреляцией полученных экспериментальных и теоретических данных, использованием новейшего высокоточного оборудования, эффективных и современных методик получения и обраоотки результатов. Результаты и выводы диссертационной работы согласуются с аналогичными данными, полученными ведущими зарубежными и российскими научными группами. Структура работы включает шесть глав, посвященных описанию способов и результатов решения задач, сформулированных в диссертационном исследовании. Первая глава представляет собой подробный аналитический обзор научнотехнической литературы по тематике исследования.

На основании этого обзора сформулированы наиболее перспективные направления исследований, а также основные проблемы и вызовы современной микро- и наноэлектроники в части повышения эффективности вычислительных устройств. Главы "-б посвящены описанию результатов комплексного исследования процессов, и!!дуцирова!и!ых сверхкоротким !феытосекундным) импульсом в магнитных средах. Во второй главе приведен феноменологический анализ проблемы взаимодействия света с магнитной средой, основанный на том факте, что спин- орбитальное взаимодействие приводит к появлению в тензоре диэлектрической проницаемости членов, зависящих от намагниченности среды. Разработанные теоретические модели используются для интерпретации результатов экспериментального наблюдения фемтосекундного обратного эффекта Фарадея в ОуГСОз и визге;О!з и обратного эффекта Коттона-Мутона в ГСВОз.

Показана и ОооснОВана Возмо!кнос'!ь Генерс!ции коротких импульсОВ эффектиВеюго магнитного поля с помощью эффекта Фарадея. Кроме того, продемонстрировано, гго воздействие электромагнитно~о излучения на спины эквивалентно воздействию фемтосекундного импульса магнитного поля величиной до нескольких Тесла. В третьей главе рассматривается вклад обменного взаимодействия в процессы, связанные с влиянием электромагнитного излучения на спины !ыагниторефрактивный эффект). Показано„что благодаря магниторефрактивному эффекту можно воздействовать на обменное взаимодействие между спинами на фемтосекундных временах в широком классе материалов, включая редкоземельные ортоферриты, борат железа, гематит, а также теллурид европия. Одним из наиболее интересных результатов третьей главы можно назвать обнаруэкение генерации когерентных магнонов на границе зоны Бриллюэна в КМР;, индуцированной сверхбыстрым изменением обменного взаимодействия.

С помощью приемов когерентного контроля соискателем была продемонстрирована возможность управления такими когерентными магнонами, что открывает новые перспективы для фемтосекундной наномагноиики — концептуально новой технологии обрабо1ки инфорк!Вции. Резульгаты исследований, изложенные в четвертой главе, представляюг интерес для разработки методик исследования и практического применения сверхбыстрых опто-магнитных явлений в различных ооластях ТГц спинтроники, рассматриваются методы, позволяющие измерять магнитосопротивление и магнитотранспортные свойства полупроводников на ТГц частотах с субпикосекундным временным разрешением.

Несмотря на значительный интерес к данной проблеме, параметры магнитооптических эффектов в магнитных полупроВодниках ОстаВались слаоо изученными. Измеренные в диссертационной работе полевые и температурные зависимости показали, что причиной наолюдаемого магнитооптического эффекта является магнитное упорядочение в среде. Показано, что вращение и наведенная эллиптичность поляризации практически яВляются магннтоиндуцирОВанным линейным дихроизмом и двупреломлением. Интересно отметить, что, как было показано в четвертой главе, величина маг11итоэлектрического эффекта завис!и от частоты ТГц излу !ения, что открывает возможности для управления и Выбора заданных параметров эффекта, Таким образом, была показана перспективность Т1 ц магнитооптики как исследования магн1гготранспортных свойств на ТГц ~!аст!эт1!х, В пятой главе обсуждаются базовые принципы методик, чувствительных к динамике намагниченности в субпикосекундном масштабе времени.