Автореферат (1090271), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Какследствие эффекта Рашбы, такой момент также приведет к генерацииэлектрического тока. Направление этого тока определяется циркулярностьюоптической накачки.Геометрия эксперимента показана на рис. 5a. Для того, чтобыпродемонстрировать оптическую генерацию токов и их контроль, мыиспользовали циркулярно поляризованные лазерные импульсы сдлительностью 50 фс, центральной длиной волны 800 нм и интенсивностью15примерно 1 мДж/см2. Отметим, что все наши эксперименты проводилисьпри комнатной температуре.Рисунок 5.
(а) Экспериментальная геометрия. (б) Электрическое поле ТГцизлучения, которое генерировалось в образце циркулярно поляризованным светом. (в)Электрическое поле ТГц излучения, которое генерировалось в образце циркулярнополяризованным светом. Точка, которая соответствует 0 пс, была принята за точкуотсчета во всех измерениях [10]. ТГц излучение было поляризовано вдоль оси y.Согласно уравнениям Максвелла, любой суб-пикосекундный импульстока в плоскости гетероструктуры должен действовать как источникэлектромагнитного излучения в ТГц диапазоне. Излучение этого источникабудет поляризовано параллельно направлению тока [9].
Выполняя такиеэксперименты по детектированию электрического поля ТГц излучения, какбыло показано в предыдущих главах, мы получаем метод измерениясверхкоротких импульсов фототоков в среде.Результаты измерений показаны на Рисунке 5. Видно, чтодетектируемые сигналы зависят как от циркулярности накачки, так и отнаправления намагниченности. Таким образом, данные экспериментыпродемонстрировали явление сверхбыстрой генерации фототоков награницах раздела магнитных мультислоев. Это явления открывает новые16возможности для фундаментальных исследований спинтроники имагнитной записи. Обычно в устройствах спинтроники направлением токаможно управлять с помощью напряжения и магнитного поля.
Здесьпоказано, что направлением субпикосекундных импульсов тока можноуправлять бесконтактно, изменяя циркулярность возбуждающего света.В пятой главе уделено внимание одной из главных причинсуществующих противоречий в сверхбыстром магнетизме - отсутствиюметодики, свободной от артефактов и чувствительной к динамикенамагниченности в субпикосекундном масштабе времени. Большинствоэкспериментальных исследований сверхбыстрого магнетизма выполненныхдо сих пор используют полностью оптическую технику накачки изондирования, в которой намагниченность зондируется опосредованночерез магнитооптические эффекты Фарадея или Керра. Однако былозамечено,чтовсубпикосекундномвременномдиапазонемагнитооптические методы не являются вполне объективными.
Вчастности, было высказано мнение, что если временное поведениемагнитоиндуцированной эллиптичности отличается от поведениямагнитоиндуцированного вращения плоскости поляризации, то этоозначает, что динамика магнитооптического сигнала вызвана не динамикойнамагниченности, а динамикой магнитооптической восприимчивости.Очевидно, что обратное утверждение неверно. Если эллиптичность ивращение не может быть использован в качестве доказательства того, чтодинамика в магнитооптическом эффекте Керра вращение плоскостиполяризации имеет такую же динамику, что и эллиптичность поляризации,то это вовсе не может служить доказательством того, что динамикамагнитооптического эффекта определяется динамикой намагниченности.Особо интересно проблема динамики магнитооптических явленийпроявляется в соединениях редкоземельных металлов.
Во-первых, вомногих из этих соединений появляется намагниченность, связанная не соспиновым, а с орбитальным моментом. Более того, такие соединенияявляются многоподрешеточными магнетиками и, в зависимости от длиныволны света, магнитооптические эффекты в них определяются в разныхпропорциях спиновыми и орбитальными намагниченностями разныхподрешеток.
Понятно, что в таком магнетике в самом общем случаединамика магнитооптического эффекта не отражает динамику суммарнойнамагниченности материала. Во-вторых, в соединениях редкоземельныхметаллов магнитооптические эффекты достигают огромных значений.
Этотоже может привести к неожиданным эффектам, которые могут бытьошибочно объяснены динамикой намагниченности. В первой части главыпроведено сравнение результатов измерений сверхбыстрой спиновойдинамики с помощью магнитооптического эффекта Керра и с помощьюметода терагерцовой эмиссии. Если свет приводит к размагничиванию итаким образом изменяет суммарную намагниченность на временах быстрее,чем 1 пс, то такая сверхбыстрая динамика будет являться магнито17дипольным источником электромагнитного излучения в ТГц диапазоне.Очевидно, что в отличие от магнитооптического эффекта Керра, динамикукоторого достаточно сложно интерпретировать, метод, основанный надетектировании ТГц излучения, позволяет с помощью уравненийМаксвелла связать измеренный сигнал с динамикой суммарнойнамагниченности.
Практически, этот метод является эквивалентоммагнетометра с субпикосекундным разрешением. В работе проводилосьсравнение результатов двух методик для нескольких сплавов GdFeCo,NdFeCo и чистого Co. Было показано, что в случае Сo и GdFeCo обеметодики свидетельствуют об одинаковой динамике намагниченности.Интересно, что в NdFeCo присутствует еще более быстрая динамиканамагниченности, чем та, которую удается детектировать с помощьюмагнитооптического эффекта Керра. Эта динамика остается невидимой,если не использовать методов чувствительных к суммарнойнамагниченности, таких как метод ТГц эмиссии, или методов,чувствительных к абсолютно всем компонентам намагниченности.
Впоследнем случае подразумеваются методы, способные детектировать какспиновую, так и орбитальную намагниченность всех магнитныхподрешеток. На данный момент таким методом является рентгеновскаяспектроскопия.Во второй части главы показано, что огромный эффект Фарадея вредкоземельных соединениях приводит к необходимости учета эффектовраспространения при анализе сверхбыстрой спиновой динамики.
Нарисунке 6а показана типичная временная зависимость фарадеевскоговращения, индуцированного импульсом накачки в Tb3Ga5O12. Длясравнения также показана интенсивность прошедшего через образец светакак функция времени. В этом эксперименте энергия фотонов зондасоставляла 3.1 эВ, приложенное поле было равно 0.5 Тесла, а температурабыла равна 1.7 К. Видно, что вращение Фарадея осциллирует, ноосцилляции сохраняются только в ограниченном временном окне послевозбуждения импульсом накачки Δτ≈13 пс. После этого, применивпреобразование Фурье к измеренной временной зависимости, можноувидеть, что частота осцилляций не соответствует никакому из переходов вионе Tb3+. Переходы между уровнями основного мультиплета ионаTb3+(1,36 и 2.25 ТГц) и фононные моды (5.1 и5.4 ТГц) также проявляются визмеренной временной зависимости.
Тем не менее, самый интенсивный пиксоответствует осцилляции, которая пропадает при задержке 13 пс. Следуетотметить, что самая высокая частота, наблюдаемая в эксперименте,составляет величину около 7.27 ТГц. Это указывает на то, что временноеразрешение в нашем эксперименте не хуже 140 фс. Это намного корочеразрешения, которое может быть ошибочно определено экспериментально,используя сигнал во время перекрытия импульсов накачки и зондирования.При этом, если возбуждение производилось циркулярно поляризованным18импульсом, то наблюдались осцилляции на частоте парамагнитногорезонанса, которые не пропадали при задержке 13 пс.Рисунок 6. (а) Типичная временная зависимость фарадеевского вращения,индуцированного накачкой в поле 0.5 Тесла и при температуре 1.7 К в Tb3Ga5O12.
Навставке показана временная зависимость пропускания. (б) Фурье-спектр сигнала послеисключения области перекрытия импульсов накачки и зондирования [14].Для выяснения природы колебаний, которые резко пропадают призадержке 13 пс, было измерено вращение Фарадея в различных магнитныхполях при Т = 1,7 К (рис. 7, а). Колебания пропадали всегда и не зависели отмагнитного поля при задержке Δτ≈13 пс. Упомянутые выше колебанияпреобладали в сигнале.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
