Отзыв оппонента 2 (Фотоиндуцированная сверхбыстрая спиновая динамика в магнитных средах)

отзывофициального оппонентанадиссертационную работу Кимеля АлексеяВольдемаровича <Фотоиндуцированная сверхбыстрiu{ спиноваlI динамика вмагнитньIх средах>, представленную на соискание ученой степени доктОра05.27.01 Твердотельнаямикро- и наноэлектроника,физико_математических наук rrо специitльностиэлектроника, радиоэлектронные компоненты,приборы на квантовых эффектах.,Щиссертация А,В. Кимеля посвящена разработке способов регистрациисверхбыстрой спиновой динамики и,методов фемтосекундного оптическогои анализаKoHTpoJu{параметра порядка в магнитоуrторядоченных средах, а также исследованиям эффективньIхсвета на спиновые степенимехilнизмов действия поляризованного/непоJuIризованногосвободы посредством оптической модуляции спин-орбитtIльного иlили обменноговзаимодействий.Принципиальной проблемой, ограничивающей развитие современных технологиЙобработки и хранения данньIх, является их преимущественнаяориентированностьнамагнитный способ записи информации, реализуемьтй за счет переключениянамагниченности в магнито)aпорядоченных средах между двумя различными, легкоидентифицируемыми и устойчивыми магнитными состояниями.

Несмотря напоразительный прогресс этого метода за последние десятилетия, обеспечивающего в(-1 Тбlс) и плотности (>1 Мб/мм2) записи, егонедостатки очевидны. С одной стороны, быстрая запись информациигенерацией коротких импульсов магнитного поJuI и, как следствие,настоящее время высокие скоростипринципиilльныесопровождаетсябольшими потерями энергии, растущими пропорцион€tльнодругойстороны, дальнейшее увеличение плотностимагнитньIхдиапазонуячеекдоменов,требуетпереходадлин, что предъявляет качественноматериtlлам и чувствительнымзаписи, ограниченноЙ размераN{иксубмикронному/нанометровомуновые требования к функционаJIьнымэлементам магнитньD( систем хранения данньIх. Такимобразом, поиск новьtх способов записидиапzLзоне временквадрату скорости записи.

Сиобработки информациивпикосекундноми на нанометровом масштабе размеров является одной из важнейшихзадач, которые ставит перед фундаментальной наlтсой современное общество.Возможность управления магнитным порядком вещества с помощью светаявляется интересной альтернативой для записи магнитной информации без применеЕиявнешних магнитных полей. ,Щействительно, обратный эффект Фарадея, связанный соснятием вырождения м9жду двумя направлениямЕ сIIпшащп,lйшilGвsта с круговойпоJIяризацией, покzlзывает, что электромагнитн:lя воJIша сшоооfut дейст]вовать Еа спиныкак эффективное магнитное поле.

Проблемы возникают прп ш€р€ходsсубпикосекундным временам возмущения магЕЕтцыхсрýл ЕамЕогохарактерньIх времен установления термического рdвновеспяслучаеультракороткийэлектромагнитныйнеравновесное состояние. ПосколькувимIIуJIьск ппкосекундным именьшим(l00 пс), тzж как впршодЕтсЕстемувэтомсильнотаком состоянЕЕ стаЕдаргЕые подходы дляописания магнитной динамики и магнитньrх фазовьп< переходов стаЕовятся неприменимы,научнtu{ проблема поиска эффективных методов фемтосеч/ЕдЕого оптического контроJIямагнитньIх свойств материtlJIов, сформулированнЕtя в д{ссертации А.В.

Кимеля,несомненно актуальна, а ее решение способствует дirльнейшему рt}звитию представленийоб отклике системы взаимодействующих спинов на сверхкороткое лtверное возбуждение.Воснове ЕаrIного исследования А.В. Кимеля лежит методика спектроскопиивременного разрешения (рumр-рrоЬе), модифицированнбI дJuI решенияKoHKpeTHbIxэкспериментальньD( задач с учетом особенностей исследуемьж магнитньIх материаJIов имагнитооптических эффектов. Именно }циверсitльный характер методики позволилпоставить и успешно решить целый ряд наrIных задач на стыке когерентной нелинейнойоптикиимагнетизма.

Комплекс на)л{ных задач, направленных на достижение целидиссертации,включаетисследованияособенностеймагнитооптическогботкJIикана сверхбыстрое лазерное возбуждение, изr{ение рtLзличньIх механизмовсверхбыстрого действия света с круговой и линейной поляризацией на спины, а Tzlкжeматериz}лованализ возможностей сверхбыстрого управления спиновыми волнами и спинпоJuIризованными токами. Таким образом, корректность постановкrf наl^rной задачидиссертационной работы А.В. Кимеля, направленнойна поиск ипрактическуюреЕlлизацию экспериментаJIьньIх методов исследования сверхбыстрой спиновой динамикив магнитоупорядоченных средах, не вызывает сомнений.В качестве объектов исследования автор выбрал различньtх представителей кJIассамагнитньIх диэлектриков и полупроводников на основе редкоземельньIх и переходньD(метЕIплов, включающих ортоферриты DyFeo3, ТmFеОзгранаты YзFе5О12, ТЬзGаsОrzии YFеО3, железные и галлиевыеLu169Yg.65Вig.66Fез g5Got.tsOtz,антиферромагнетик сколлинеарной спиновой структурой КNiFз, ферромагнитЕые полупроводники ЕuТе иНgб 92Сdб 9зСr2Sеа, борат железаFеВОз, а также гетероструктуры с интерфеЙсом СоДt.Именно проверка общности наблюдаемых эффектов на широком наборе соединений сразличными типами кристаллической структурыэкспериментilльньIхметодик,имеющихсяимагнитного порядкав распоряжениисадаптациейавтора работы, позволилаэффективно решить поставленные научные задаIш.

ПриизарубежньrхпоррсJIтцRя оригинzrльньжс резуJьтiлтамп, полJtrIеЕЕыми в ведущихроссийских научных группах, оцредепяют обоспованность иэкспериментzlльньD(и теоретическихукжданньD(достоверность резупьтатов, полученных в диссертационвой работе А.В. Кимеля.Важным научным достижением диСсергационной работыэкспериментЕIльноедоказательствовозможностивоздейgтвиянаспиныявляетсяимпульсаэлектромагнитного изJryчения оптического диапiвона,подобно импульсу магнитЕого пoJuI,длительность которого равна длительности лiверного импульса (т.е. порядка 100 фс), аинд}кция достигает нескольких Тесла.

Автором показано, что сверхбыстрое воздействиесвета на спины может быть достигнуто каквозбуждениярезонансногооптическогод,Iэлектрикахи полупроводникчlхпродемонстрированавзаимодействияотметить,спиновьIхпереходовтипом магнитногомодуляцииза счет электродипольньIхчто возбуждениерезупьтате нерезонансного, так иэлектро-дипольньIхс рtвличныхвозможностьвв магнитньIхпорядка. В работеспин-орбитаJIьногопереходов, возбуждаемыхиобменногосветом.

Важноволн в центре зоны Бриллюэнаи генерацияэлекц)иtIеских токов в нецентросимметричньIх средах (в слr{ае модуJu{ции спинофитального взаимодействия) и генерация когерентньtх магнонов нанометровьIх длинвоrпr (в случае модуJuIции обменного взаимодействия) открывают пути рiLзвития спиновойи спин-волновой электроники до рекордно высоких частот терагерцового диапa}зона.

Приэтом первые наблюдения целого ряда фемтосекундных магнитооптических эффектов(обратные эффекты Фаралея и Коттона-Мутона в DуFеОз, YзFе5О12 и FеВОз, обратногомагниторефрактивного эффекта в YFеОз, ТmFеОз, FеВОз и EuTe, управляемой генерациикогерентньIх спиновьIх волн на границе зоны Бриллюэна в KNiF3, управJU{емой генерациифототоковнаинтерфейсах СоДt),магнитооптического модулятораа такжедемонстрация новой концепциина основе взаимодействия света среJu{тивистскойнеоднородностью в ТЩGа5О12 не остовляет сомнений в научной новизне результатов,полученньIх в диссертационной работе А.В.

Кимеля.Результаты диссертационной работы изложены на 210 страницах машинописноготекста, .Щиссертация состоит из введения, литературного обзора, пяти главоригинальнымирезультатамиисследованийи выводаN,Iи по каждойсглаве, а такжезакJIючения и списка литературы, вкJIючающего 29З наименования. ,Щисоертациясодержит 49 рисlтrкови2 таблицы.Во введении обоснована актуilльность темы диссертации, сформулированы цель инаучные задачи исследования, указана научная новизнаипрактическая ценностьполученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту. Крометэтого, в этой чircIЕ шGGЕргаr{ии приведена информация об шrробшши результатов работы,публикацияr п Jlпчff]оll вкIIаде автора.В первой глlв€цредстilвлен обзор литературы, посвященныЙ исследованиюдинамики нilIчIагЕиIIеЕIlости в магнитоупорядоченньIх материzrлах.

Автор анализируетосновные тенденции и проблемы в исследованйях спиновой динЕlмики, подробнорассматрив€uI теоретшIеские основы взаимодействия фемтосекупдного излу{ения смагнитной средой в раrtrкчж моделей Ландау-Лифптица-Гилберта и Ландау-ЛифшиЦа-Блоха. Заслуживает внимаЕия детальныЙ обзор экспериментчIльньD( методикДлЯисследования сверхбысц)ьD( процессов намагниченности, а также ан,}лиз термическихэффектов, наблподаемьж при лазерном возбужденииметitллических ферромагнетиков, магнитныхи сверхбыстром размагничиваниидиэлектриков, полуtIроводниковИполумеft}ллов.Во второй главе подробно рассмотрены различные асrrекты сверхбыстроговоздействия света на спины через спин-орбитzIльное взаимодействие, ИзIфеноменологического анализа проблемы взаимодействия света с магнитной средоЙ авторо том, что свет может действовать на спины как эффективное магнитноеЁ:делz}ет выводж9поле, иЕициируя обратньте эффекты Фарадея и Коттона-Мlтона.

Из экспериментальногоffisрtllIliнаб.rподения фемтосекундного обратного эффекта Фарадеяобнаружены осцилляциисчастотой около 300антиферромагнитного резонанса. Автором показано, чтов DуFеОз и YзFеsОrz былиГГц,отвечающей частотек возбуждениюнаблюдаемьп<спиновьIх осцилляций приводит импульс длительностью 100 фсОи интенсивностью 30м,Щлс/см2,действующий на спины как эффективное магнитное поле 0,3 Тл. На примереFеВОз продемонстрирована возможность возбуждения спиновьIх колебаний за счетобратного эффекта Коттона-Мутона на частотах низшей моды антиферромагнитногорезонанса.В третьей главепоказано, как свет действуетна спины черезобменноевзаимодействие. Сверхбыстрый механизм действия света электрической компонентысвета наобменное взаимодействие реализуется благодарямагниторефрактивному эффекту, позволяющему воздействовать наобратномуобменноевзаимодействие между спинЕtN{и на фемтосекундньж временах практически в любомматериапе.