Автореферат (1090271), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Их частота меняется от 0.1 до 1.1 ТГц приувеличении магнитного поля от 0.01 Тесла до 7 Тесла. Примечательно, что,если эти колебания произошли бы вследствие спинового резонанса, такоеизменение частоты соответствовало бы огромному эффективному gфактору geff = 55. Из рис. 7 видно, что частота этого колебания имеетсовершенно другую полевую зависимость, чем полевая зависимость дляпереходов между состояниями иона Tb3+ [11,12]. Более того, интересующаянас частота ведет себя как намагниченность.19Рисунок 7. (а) Осцилляции фарадеевского вращения при температуре 1.7 К иразных величинах внешнего магнитного поля. (б) Полевая зависимость частотосцилляций.
Пустые круги соответствуют частоте перехода между уровнямимультиплета Γ1,2 → Γ1,3.Природа осцилляций в эффекте Фарадея существенно проясняется,если провести измерения при нескольких длинах волн луча зондирования.Выявленные зависимости показали, что частота колебаний зависит отдлины волны луча зондирования. Такое явление характерно для случаев,когда осцилляции вызваны возбуждениями не в центре зоне Бриллюэна, тоесть бегущими волнами [13]. Проанализировав спектральные зависимостимагнитооптического эффекта Фарадея и спектральную зависимостькоэффициента преломления было показано, что модуляция эффектаФарадея не связана со спиновой динамикой, а вызвана локальнымоптическим двупреломлением, которое наводится импульсом накачки всреде.
Импульс накачки, отражаясь от второй грани образца,распространяется навстречу импульсу зондирования и таким образомвызывает временную динамику эффекта Фарадея. Амплитуда модуляции20может быть многократно усилена в случае, если накачка и зондирующийлуч с самого начала распространяются навстречу друг другу.Сплошная линия - ортонормированная полевая зависимостьнамагниченности кристалла согласно [12]. (в) осцилляции фарадеевскоговращения при в поле 3 Тесла и при разных температурах. (г) температурнаязависимость частоты модуляции при B0= 3 Тесла. Линия соответствуетзакону 1/T.
Вставка показывает зависимость обратной частоты оттемпературы (точки) и закон Кюри-Вейса. (д) Осцилляции фарадеевскоговращения при температуре 1.7 К и внешнем магнитном поле B0 = 20 Тесла,измеренные для трех длин волн луча зондирования. (е) Полевая зависимостьчастот осцилляций при температуре 1.7 К для трех длин волн лучазондирования. Вставка показывает расчетные постоянные Верде (точки) посравнению с законом 1/λ2 [15]. Иллюстрация адаптирована из [14].В заключении представлены основные результаты диссертационнойработы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫРазвитие лазерной техники и постоянное совершенствованиетехнологии производства лазеров, которые способны генерироватьимпульсы длительность 100 фс и короче, позволили открыть сверхбыстрыймагнетизм - совершенно новую область в современной науке.
Эта областьобъединяет исследования динамики сверхбыстрого отклика магнитных средна такое лазерное возбуждение. Под сверхбыстрым подразумеваетсявременной диапазон короче, чем время установления термодинамическогоравновесия в исследуемых материалах. В твердых телах это времясоставляет 100 пс.В самых первых экспериментах по сверхбыстрому магнетизмуосновное действие света на магнитную среду сводилось к сверхбыстромунагреву электронной подсистемы, который приводил к полному иличастичному разрушению магнитного порядка. Экспериментальныеисследования, изложенные в данной диссертации, показали, что действиесверхкоротких импульсов света далеко не ограничено нагревом.
Вчастности, свет может эффективно действовать на спины какфемтосекундный импульс магнитного поля величиной порядка несколькихТесла. Симметрия такого действия света на спины описывается обратнымиэффектами Фарадея и Коттона-Мутона. Эти явления ранее изучались дляотносительно длинных лазерных импульсов, существенно превышающих 1пс, которые не позволяли войти в режим сверхбыстрого магнетизма.
Вданной работе изложены результаты по первому экспериментальномунаблюдению опто-магнитного действия 100-фс лазерных импульсов наспины, когда лазерное возбуждение практически эквивалентно действию100-фс импульса магнитного поля. Таким образом, эта работа позволила21получить принципиально новое возбуждение в магнетизме и сделатьвозможным экспериментальное изучение сверхбыстрого магнетизма.В диссертации рассмотрено несколько механизмов действия светана спины. Все эти механизмы позволяют возбудить спиновую динамику,когерентную прецессию спинов на частоте магнитного резонансы и дажевызвать различные фазовые переходы, включая переориентацию спинов.Эти механизмы можно разделить на две группы: действие света на спинычерез изменение орбитального момента электронов и спин-орбитальноевзаимодействие, и действие света на спины через изменение перекрытияволновых функций электронов и обменное взаимодействие.
Если оптомагнетизм, основанный на спин-орбитальном взаимодействии, позволяетэффективно генерировать спиновые возбуждения в центре зоны Бриллюэна,то действие на спины через обменное взаимодействие способногенерировать когерентные спиновые волны на границах зоны, гдевозбуждения имеют длины волн порядка нм и частоту порядка 10 ТГц.Меняя поляризацию света, возможно управлять фазой спиновых колебаний.Тем самым был продемонстрирован новый метод генерации и управленияспиновыми волнами (магнонами) на частотах до нескольких ТГц, чтооткрывает новые перспективы для развития ТГц магноники – новойтехнологии для высокоэкономичной и сверхбыстрой обработкиинформации.Особое внимание в диссертации уделено методам сверхбыстрогоуправления электрическими токами и детектирования транспортныхсвойств (т.е. проводимости) в магнитных средах.
Показано, что, используякороткие импульсы ТГц излучения и магнитооптические явления, можноэффективнодетектироватьмагнитотраспортныехарактеристикиматериалов с субпикосекундным временным разрешением. Используядействие света на спины в структурах спинотроники с сильным спинорбитальным взаимодействием можно управлять электрическими токами наинтерфейсах таких структур. Таким образом, данная работа создает новыевозможности и для исследования спинтроники на ТГц частотах.В заключительной главе уделено внимание одной из интенсивнообсуждаемых проблем сверхбыстрого магнетизма, которая связана с частовстречающейся сложностью интерпретации экспериментальных данных.
Впоследней главе рассмотрены явления, которые связаны с присутствиемредкоземельных ионов в материалах. Показано, что наличие орбитальногомомента и сильных магнитооптических явлений в этих материалах можетпривести к динамике, которая очень напоминает, но не связана с динамикойнамагниченности и легко может ввести в заблуждение неопытныхэкспериментаторов. Одним из примеров такого артефакта являетсянаблюдение ТГц модуляции магнитооптического эффекта Фарадея вTb3Ga5O12. Частота такой модуляции линейно зависит от магнитного поля,как и частота магнитного резонанса. Тем не менее, такая модуляция связанас эффектами распространения в исследуемом материале. Таким образом,22был продемонстрирован принципиально новый метод магнитооптическоймодуляции, который позволил достичь ТГц частот. Это открытие такжесоздает новые возможности для сверхбыстрой обработки и передачиданных методами фотоники.Список публикаций по тематике диссертации в журналах изперечня ВАК:1)A.
V. Kimel, A. Kirilyuk, P. A. Usachev, R. V. Pisarev, A. M.Balbashov, R. V. Pisarev, and Th. Rasing, Ultrafast non-thermal control ofmagnetization by instantaneous photomagnetic pulses, Nature 435 655 (2005)2)F. Hansteen, A. V. Kimel, A. Kirilyuk, and Th.
Rasing, Femtosecondphotomagnetic switching of spins in ferrimagnetic garnet films, Phys. Rev. Lett.95, 047402 (2005).3)F. Hansteen, A. V. Kimel, A. Kirilyuk, and Th. Rasing, Nonthermalultrafast optical control of the magnetization in garnet films, Phys. Rev. B 73,014421 (2006).4)A. M. Kalashnikova, A. V. Kimel, R. V. Pisarev, V. N. Gridnev, A.Kirilyuk & Th. Rasing: Impulsive generation of coherent magnons by linearlypolarized light in the easy-plane antiferromagnet FeBO3, Physical Review Letters99 167205 (2007).5)A. M. Kalashnikova, A. V.
Kimel, R. V. Pisarev, V. N. Gridnev, P.A. Usachev, A. Kirilyuk, Th. Rasing, Impulsive excitation of coherent magnonsand phonons by subpicosecond laser pulses in the weak ferromagnet FeBO3. Phys.Rev. B 78 104301 (2008).6)R. V. Mikhaylovskiy, T. J. Huisman, A. I. Popov, A.
K. Zvezdin, Th.Rasing, R. V. Pisarev, A. V. Kimel, Terahertz magnetization dynamics inducedby femtosecond resonant pumping of Dy3+ subsystem in the multisublatticeantiferromagnet DyFeO3, Phys. Rev. B 92 094437 (2015).7)R. R. Subkhangulov, A. B. Henriques, P. H. O. Rappl, E. Abramof,Th. Rasing, A. V.
Kimel, All-optical manipulation and probing of the d-fexchange interaction in EuTe, Scientific reports 4 4368 (2014);8)R. Mikhaylovskiy, E. A. Secchi, J. Mentink, M. Eckstein, A. Wu, R.Pisarev, V. Kruglyak, M. Katsnelson, Th. Rasing, and A. V. Kimel, Ultrafastoptical modification of exchange interactions in iron oxides, NatureCommunications 6, 8190 (2015);9)D. Bossini, S. Dal Conte, Y. Hashimoto, A. Secchi, R.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
