Диссертация (1090272), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

5 и характеризуется монотонным ростом,который аппроксимируется соотношением:Δ () = 0 [1 − (− ⁄ )],(16)где 0 - амплитуда динамической спиновой температуры, а - времявзаимодействия фонон-магнон. Все переменные были установлены какподгоночные параметры, и результат подгонки для 0 = 1,4 K и = 700 пспоказан на вставке сплошной линией.Используя выведенные параметры 0 , и 0 , была получена разностьмежду фарадеевским вращением и временем задержки 500 пс в зависимостиот температуры (штриховая линия на рис.5).Хорошее согласие аппроксимации с экспериментальными даннымиподтверждает обоснованность предложенной модели. Микроскопически этирезультаты можно интерпретировать следующим образом.

Из-за возбуждения6 +Γ1 → 4Γ4+ потенциальная энергия электронов увеличивается всего на 1,4 эВ,а избыток энергии фотона переносится либо в решетку, либо в магнитнуюсистему. Обычно переходы, сопровождаемые генерацией магнона менееинтенсивные, чем фононные [104]. Следовательно, после оптическоговозбуждения температура фононов выше, чем у магнонов: Tl > Ts.

Эта разностьпостепенно исчезает, а температура магнона растет с постоянной времени = 700 пс, определяемой фонон-магнонным взаимодействием, которое восновном связано со спин-орбитальной связью в магнитных ионах [105,106].Сравнительное исследование различных типов магнитных материалов вработе [107] показал, что постоянная времени релаксации сильно зависитот материала и масштабируется с магнитокристаллической анизотропией, чтоуказывает на доминирующее взаимодействие спин-орбитальной связи дляэтогопроцесса.Заметим,антиферромагнетиком,наличиечто,хотяслабогоборатжелезаявляетсяферромагнитногомоментазначительно облегчает наблюдение динамики размагничивания.

Подобные55эксперименты в чистых антиферромагнетиках Cr2O3 [108] неизбежно связаныс трудностями интерпретации.1.4.4. Размагничивание магнитных полуметалловПолуметалл характеризуется электронной зонной структурой, котораяпроявляется в металлическом поведении для одной компоненты спина, тогдакак для другой имеется запрещенная зона, характерная для полупроводников.Поэтому эксперименты по лазерному размагничиванию полуметаллическихматериалов представляют собой еще одну интригующую возможностьвыявить связь между электронной зонной структурой и динамикой лазерногоразмагничивания.Лазерноеразмагничиваниеизучалосьвполуметаллическомферромагнетике Sr2FeMoO6 [109]. Наблюдалась крайне медленная релаксацияспинов на шкале времени около 500 пс.

Утверждалось, что такая медленнаядинамика обусловлена полуметаллической природой материала, когда спинытермически изолированы от электронной и решетчатой систем. В другомполуметаллеCrO2размагничивание,взаимодействиемнаблюдалоськотороемеждуаналогичноетакжемедленноеобъясняетсяэлектронамиилазерноеисчезающеспинами,малымтипичнымидляполуметаллического материала [110].Для ферромагнитных (Ga,Mn)As наблюдаемая медленная спиноваядинамика при лазерном размагничивании также объяснялась как следствиеполуметаллической зонной структуры этих материалов [94]. После быстройбезызлучательной релаксации происходит последующее рассеяние носителейв основном вблизи поверхности Ферми. Поэтому скорость размагничиванияносителей сильно зависит от их спиновой поляризации вблизи уровня Ферми.В частности, если плотность состояний для одного направления спина многоменьше, чем для другого направления, процессы спиновой релаксации могутстатьнеэффективными,спиныи56зарядыстановятсятермическиизолированными, исключая, таким образом, возможность сверхбыстроголазерно-индуцированного намагничивания.Позднее сверхбыстрое размагничивание было продемонстрировано дляInMnAs и GaMnAs, что серьезно осложняло приведенный выше подход,основанный на полуметаллических свойствах.

Корреляция между временемразмагничивания и спиновой поляризацией на уровне Ферми была недавносистематически исследована в работе [111].Было отмечено, что изоляционные материалы также не демонстрируютсверхбыстрого лазерного размагничивания. Из-за принципиальных различийв магнитных и транспортных свойствах металлов и изоляторов влияниефемтосекундного импульса накачки на эти два типа магнитного материаларазлично. В изоляторах эффект лазерного возбуждения проявляется в нагреверешетки, а в материалах с более широкими энергетическими зонами лазерноевозбуждениеприводиткувеличениюкинетическойэнергииколлективизированных электронов. Увеличение температуры электроновможет, в принципе, привести к быстрому росту спиновой температуры и,следовательно, к сверхбыстрому размагничиванию, но при этом нагреврешетки сопровождается гораздо более медленным размагничиванием всубнаносекундном масштабе времени.57Глава 2.

ФЕМТОСЕКУНДНЫЙ ОБРАТНЫЙ ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ ИКОТТОНА-МУТОНАЭта глава основана на нескольких работах соискателя, выполненных впериод с 2005 по 2015 год [112–117]. В частности, в работе [112] соискательпринимал непосредственное участие на всех этапах работы начиная отизмерений и заканчивая написанием статьи. В работах [113–116] cоискательтакже принимал участие на всех этапах работы, но при этом осуществлялнепосредственное руководство аспирантами (Ф. Ханстеен и А.

М.Калашникова). Наконец, в работе [117] соискатель руководил всем научнымпроектом в целом.2.1 Оптомагнитные явления в недиссипативном приближенииДля того, чтобы понять, как свет будет взаимодействовать со спинами вмагнитоупорядоченной среде, рассмотрим проблему с точки зрениятермодинамики, где световая волна на частоте  действует на среду спостояннойнамагниченностьюM(0).Дляэтогоограничимсяэлектродипольным приближением, предположив, что энергия взаимодействиясвета со средой определяется произведением электрического поля световойволны E и поляризации P. Эта поляризация наводится в среде полем E. Дляпростоты ограничимся линейным приближением, считая, что = 0 , гдеε0- фундаментальная диэлектрическая константа, ij – тензор оптическойвосприимчивости.Этозначит,что = 0 ,,гдеεij–тензордиэлектрической проницаемости Di – i-компонента вектора электрическогосмещения.

Таким образом, мы с самого начала пренебрегаем более слабымвзаимодействием магнитной компоненты световой волны со спинами.Предположим, что в среде отсутствуют какие-либо диссипации энергии светана частоте . Такое предположение позволяет утверждать, что энергияустановившегося состояния зависит только от установившихся амплитуд E иP, а не от того, как это состояние было достигнуто [22]. Можно показать, что58если энергия такого состояния, взятая на единицу объема и усредненная повремени, равна , то1Φ = 0 (17)2Отсюда найдем, как такая энергия повлияет на эффективное магнитное поле вуравнении Ландау-Лифшица [7]:⃗ (0) = −1Φ⃗⃗ (0)0 (18)где 0- фундаментальная магнитная константа. Далее мы воспользуемсяпринципом симметрии кинетических коэффициентов [118] и получим, что()()симметричная = ()()и антисимметричная = −части тензорадиэлектрической проницаемости являются, соответственно, четной инечетной функцией намагниченности: ( a ) ij   ijk M k  ijklmM k M l M m  ...(19) ( s ) jj   (jj0)   jjkl M k M l  ...где (jj0)-тензордиэлектрическойпроницаемостивотсутствиинамагниченности M; - , , - коэффициенты.

Ограничиваясьлинейными и квадратичными членами в этом разложении мы увидим, что светможет действовать на спины как эффективное магнитное поле. (0) = −00 () ()∗ − () ()∗ (0)00(20)Для изотропной среды и циркулярно поляризованного света это поленаправлено вдоль оси распространения света, величина поля пропорциональнаинтенсивности света, а знак можно менять, изменяя поляризацию света справо-круговой на лево-круговую. Этот эффект был впервые теоретическипредложен Питаевским для случая плазмы [17].

Вскоре тот же эффект,названный обратным эффектом Фарадея, был предложен теоретически и59наблюдался экспериментально в пара- и диамагнитных кристаллах [18,19].Линейно поляризованный свет также может воздействовать на спины вмагнитоупорядоченных средах благодаря члену в выражении (4), линейномупо намагниченности. Этот эффект можно назвать обратным эффектомКоттона-Мутона. Интересным фактом является то, что этот член отличен отнулядажевколлинеарныхантиферромагнетиках,гдесуммарнаяидинамиканамагниченность равна нулю.2.2ФемтосекундныйнамагниченностиобратныйэффектиндуцированнаяФарадеяциркулярнополяризованнымиимпульсами в DyFeO3Обратный эффект Фарадея был предсказан более чем 40 лет назад втеоретическом анализе, предложенном Питаевским, который показал, чтоциркулярно поляризованный свет в прозрачной диспергирующей среде можетпривести к намагниченности такой среды [17].

Вскоре после этого обратныйэффект Фарадея наблюдался в парамагнитных твердых телах [18,19] и вплазме [119]. Ранние работы действительно показали, что возбуждение средыциркулярно-поляризованным лазерным импульсом соответствует действиюэффективного магнитного поля. Для импульса длительностью 30 нс иинтенсивностью порядка 107 Вт/см2 достигнутые величины магнитного поляоказались на уровне всего лишь 10-2 Гс. Естественно, что достаточно скоропосле первых экспериментов по наведению намагниченности с помощьюсвета, были сделаны первые эксперименты по оптическому управлениюспинами в магнитоупорядоченных средах. Обратные эффекты Фарадея иКоттона-Мутона были исследованы в феррит-гранатах.

Характеристики

Список файлов диссертации