Автореферат (1090271), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Длительность фототоков определяется длительностьюлазерного импульса накачки (менее 100 фс). Направление фототоковопределяется намагниченностью Co и поляризацией светаПродемонстрирована новая концепция магнитооптическогомодулятора, основанная на взаимодействии света с релятивистскойнеоднородностью в магнитооптической среде (Tb3Ga5O12). Частота такоймодуляции может перестраиваться с помощью внешнего магнитного поля идостигать 1.1 ТГц.Практическая значимостьОчевидно, что фундаментальные исследования, как правило, далекиот реальных приложений.
Тем не менее, существует надежда, чтоисследования сверхбыстрой динамики намагниченности может привести ксозданию принципиально новых технологий, которые довольно скоро могутдостичь необходимого уровня конкурентоспособности.
За последнеедесятилетие крупнейшие производители магнитных носителей (Seagate иHGST) работают над новой концепцией записи информации с помощьюсвета - Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR). Предполагается, чтоHAMR выйдет на рынок в 2018 году и не понятно, смогут ли магнитныетехнологии развиваться дальше. Результаты этой работы будутспособствовать поиску новых технологий для более быстрой и болееэнергоэффективной магнитной записи.ВнедрениеиспользованиюрезультатовработирекомендациипоихВ настоящее время известно, что почти 2% всего электричества,которое генерируется в мире, используется для поддержания работыцентров хранения данных.
Более того, эта цифра постоянно растет.Очевидно, в данный момент перед человечеством стоит проблема поискапринципиально новых технологий для быстрой и энергетически выгоднойзаписи информации. Эта работа выявляет потенциал фемтосекундныхлазерных технологий для решения данной проблемы.7Основные положения, выносимые на защиту1.Показано, что импульс света является уникальнымвозбуждением в магнетизме, которое позволяет воздействовать на спиныподобно импульсу магнитного поля, длительность которого равнадлительности лазерного импульса (т.е. порядка 100 фс), а индукциядостигает нескольких Тесла.2.Сверхбыстрое воздействие света на спины может бытьдостигнуто как в результате нерезонансного, так и резонансногооптического возбуждения электро-дипольных переходов в широком классемагнитных диэлектриков и полупроводников.3.Сверхбыстрое воздействие света на спины наблюдаетсяблагодаря тому, что возбуждаемые электродипольные переходы приводят кэффективномуизменениюспин-орбитальногоилиобменноговзаимодействия в магнитоупорядоченных средах4.Благодаря сверхбыстрому воздействию света на спинорбитальное взаимодействие, свет может импульсно возбуждать спиновыеволны в центре зоны Бриллюэна и генерировать электрические токи внецентросимметричных средах.
Благодаря действию света на обменноевзаимодействие становится возможным импульсная генерация когерентныхмагнонов нанометровых длин волн с частотами, достигающими 22 ТГц. Этиэксперименты по сути открывают возможность изучать спиновую и спинволновую электронику (спинтронику и магнонику) на рекордно высокихТГц частотах5.В то же время показано, что в соединениях редкоземельныхэлементов существующие магнитооптические методы изучения спиновойдинамики не всегда являются адекватными. Показано, что в такихэкспериментах необходимо учитывать многоподрешеточную природумагнетиков, а также эффекты распространения в оптическихэкспериментах.Личный вклад автора заключается в постановке и обоснованиизадач исследования, разработке методик экспериментального исследованияпо всем направлениям, представленным в диссертационной работе,разработке теоретических моделей, проведении расчетов, обработке ианализе основных результатов.
Все экспериментальные результаты работыполучены либо автором лично, либо при его непосредственном участии.Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатныхработ в рецензируемых журналах, индексируемых Web of Science и Scopus,входящих в список ВАК. Список публикаций приведен в концеавтореферата.Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав,заключения и списка использованных источников, включающего 293наименований. Объем диссертации составляет 210 страниц текста, включая49 иллюстраций и 2 таблицы.8ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо Введении обоснована актуальность диссертационной работы,сформулирована проблема и определена основная цель работы, обосновананаучная новизна полученных результатов, практическая их значимость,сформулированы положения, выносимые на защиту.Первая глава представляет обзор научных публикаций по общейтеме «Эпитаксиальные напряжения интерфейсов в мультислойныхструктурах на основе сложных оксидов и полупроводников для устройствмикро- и наноэлектроники».
Первая глава представляет собой обзорлитературы, посвященной теоретическому и экспериментальномуисследованию сверхбыстрого магнетизма. Среди основных вопросовсверхбыстрого магнетизма указана проблема выявления механизмов,которые отвечают за оптическое управление намагниченностью. В процессевзаимодействия света с веществом наиболее эффективным являетсявзаимодействие электрического поля световой волны с электрическимидиполями (электронами). Известно, что в электро-дипольном приближенииоптические переходы с переворотом спина запрещены. Оказывается, что дванаиболее сильных взаимодействия, которые испытывают спины – это спинорбитальное и обменное взаимодействия. Поэтому становится очевидным,что наиболее эффективными каналами для оптического управленияспинами в магнитоупорядоченной среде являются механизмы, основанныена воздействии света на спины через спин-орбитальное и обменноевзаимодействие.Во второй главе подробно рассмотрено сверхбыстрое воздействиесвета на спины через спин-орбитальное взаимодействие.
Проведенфеноменологический анализ проблемы взаимодействия света с магнитнойсредой. Этот анализ основан на том факте, что спин-орбитальноевзаимодействие приводит к появлению в тензоре диэлектрическойпроницаемости членов, которые зависят от намагниченности среды M.Далее можно воспользоваться принципом симметрии кинетическихкоэффициентов [2] и получить, что симметричная ε(s)ij= ε(s)ji иантисимметричнаяε(a)ij=- ε(a)jiчаститензорадиэлектрическойпроницаемости являются четной и нечетной функцией намагниченности,соответственно:ε ( a ) = αM + βM 3 + ...(1)ε ( s ) = ε ( 0 ) + γM 2 + ϕM 4 + ...где ε ( 0 ) - диэлектрическая проницаемость в отсутствиинамагниченности M, α,β,γ,ϕ - феноменологические коэффициенты.Запишем энергию взаимодействия света со средой в электро-дипольномприближении и в приближении линейной оптики1Φ = 0 (2),29где ε0- фундаментальная диэлектрическая константа, Еi- i-компонентаэлектрического поля световой волны и - диэлектрическая проницаемость.Отсюда можно найти как такая энергия повлияет на эффективное магнитноеполе в уравнении Ландау-Лифшица [3]1 ∂Φ(3)H eff (0) = −µ0 ∂ M (0)где µ0- фундаментальная магнитная константа.Ограничиваясь линейными и квадратичными членами в выражениях(1), мы увидим, что свет может действовать на спины как эффективноемагнитное поле.εµ0−α ijk 0 E j (ω ) Ek * (ω ) − γ ijklH ieff (0) =ε0M l (0) E j (ω ) Ek * (ω )µ0(4)Первый член в этом выражении описывает обратный эффект Фарадея,а второй относится к обратному эффекту Коттона-Мутона.В главе 2 рассматривается экспериментальное наблюдениефемтосекундного обратного эффекта Фарадея в DyFeO3 и Y3Fe5O12.
Нарисунке 1 показана временная зависимость эффекта Фарадея в DyFeO3 длясвета, распространяющегося вдоль кристаллографической оси [001] послетого, как на кристалл воздействовали 100 фс циркулярно-поляризованнымлазерным импульсом. Эксперименты были выполнены для импульсов справо- и лево-круговыми поляризациями. Из рисунка видно, чтовоздействие вызывает колебания с частотой около 300 ГГц. Частота этихколебаний находится в хорошем согласии с частотой антиферромагнитногорезонанса в DyFeO3. Таким образом, колебания фарадеевского вращениямогут быть однозначно отнесены к спиновым колебаниям.
Как видно изрисунка, фаза спиновых колебаний зависит от циркулярности поляризацииимпульса накачки. Право-круговая и лево-круговая поляризации приводятк возбуждению спиновых колебаний противоположных фаз.Этот эксперимент послужил убедительным доказательствомвозможности генерации коротких импульсов эффективного магнитногополя с помощью эффекта Фарадея. Оценки показали, что спиновыеосцилляции наблюдаемой амплитуды будут возбуждаться, если 100фемтосекундный импульс интенсивностью 30 мДж/cм2 будет действоватьна спины как эффективное магнитное поле величиной по меньшей мерепорядка 0.3 Тесла.10Рисунок 1. Магнитная динамика, возбужденная в DyFeO3 право-циркулярно (σ+)и лево-циркулярно (σ-) поляризованными лазерным импульсом длительностью около100 фс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
