Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1090272), страница 14

Файл №1090272 Диссертация (Фотоиндуцированная сверхбыстрая спиновая динамика в магнитных средах) 14 страницаДиссертация (1090272) страница 142018-01-18СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Первый член ввыражении (1) описывает линейный по интенсивности вклад в симметричныйобмен J   I opt . Второй член в этом выражении описывает то, как светизменяет взаимодействие Дзялошинского-Мориа D  βI opt , что тоже являетсялинейной функцией интенсивности. Недавние исследования показали, чтоизотропный магниторефрактивный эффект является эффективным методомдля отслеживания сверхбыстрой динамики обменного d-f взаимодействия вEuTe[149].Какидругиемагнитооптическиеявления,прямомумагниторефрактивному эффекту можно противопоставить обратный эффект[2], описываемый тем же самым гамильтонианом (21).

Таким образом, видно,что действие света на обменное взаимодействие приводит к наведенномумоменту силы Ti, который действует на спины Si Ĥ Ti   S i   J S i  S j  2 S i  S j  D ,Si  (22)где γ – это модуль гиромагнитного отношения. Момент силы (22) равен нулюв материалах с коллинеарной магнитной структурой S i  S j  0 . Этот моментне зависит от поляризации света в отличие от случаев, когда свет действует наспины через электро-дипольные переходы, орбитальный угловой момент испин-орбитальное взаимодействие [112,131,167] или напрямую используявзаимодействие магнитной компоненты световой волны и спинов [168,169].Это феноменологическое выражение можно интерпретировать на языкеэлектронных процессов.

Например, природой обменного взаимодействия в87широком классе оксидов переходных металлов является косвенное обменноевзаимодействие через ионы кислорода. В этом механизме сила обменноговзаимодействия определяется вероятностью электрона перейти (или дажеперепрыгнуть) с иона железа на соседний ион кислорода и оттуда наследующий соседний ион железа [152]. Таким образом, говорят, что обменноевзаимодействие существует благодаря виртуальным переходам с переносомзаряда. Можно предположить, что активная накачка этих электронныхпереходов мощными лазерными импульсами изменит вероятности переходовс переносом заряда и, таким образом, изменит обменные интегралы в среде(см.

рисунок 21).3.3. Действие коротких лазерных импульсов на обменное взаимодействиев оксидах железаДанный параграф является адаптированной версией следующейпубликации соискателя: R. Mikhaylovskiy, E. A. Secchi, J. Mentink, M. Eckstein,A. Wu, R. Pisarev, V. Kruglyak, M. Katsnelson, Th.

Rasing, and A. V. Kimel,Ultrafast optical modification of exchange interactions in iron oxides, NatureCommunications, 6, 8190 (2015).Антиферромагнитныеоксидыжелеза,обладающиеслабымферромагнетизмом, такие как борат железа FeBO3, редкоземельныеортоферриты RFeO3 и гематит -Fe2O3, являются естественными кандидатамидлянаблюдениясверхбыстроговоздействиясветанаобменноевзаимодействие. В этих соединениях ионы Fe3+ (S = 5/2, L = 0) образуют двемагнитные подрешетки, спины которых антиферромагнитно упорядочены засчетсимметричногоантисимметричногообменногообменноговзаимодействиявзаимодействия[170].ПрисутствиеДзялошинского-Мориаприводит к небольшому скосу спинов от антипараллельной ориентации наугол порядка 0.5-1°. Величина скоса определяется отношением D/J между88обменными параметрами.

Таким образом, можно было бы ожидать, чтосверхбыстрое оптическое возмущение обменных параметров также можетизменить их отношение D/J. Такое сверхбыстрое воздействие наведет моментсилы (2), который ударным образом воздействует на спины приведя их вдвижение. Легко увидеть, что это движение будет носить характер осцилляцийна частоте квази-антиферромагнитной моды магнитного резонанса [см.рисунок 22(а)]. Этот режим соответствует колебаниям величины слабогомагнитного момента без изменения его ориентации [171].

Согласноуравнениям (1) и (2), можно ожидать, что сверхбыстрое оптическоевозмущение обменных параметров в этих слабых ферромагнетиках являетсяизотропным механизмом. Таким образом, возбуждение магнитного резонансабудетпроисходитьнезависимоотполяризацииинаправленияраспространения света [171]. Возбужденный осциллирующий магнитныйдиполь, в свою очередь, должен приводить к генерации ТГц-излучения. Этоизлучение возможно измерить с помощью методов с временным разрешением[172].

Успешное применение этих методов было описано в ряде работ поферромагнитнымметаллам[61,62,173]имагнитнымдиэлектрикамNiO [133,174–176] и MnO [134].Таким образом, если сверхбыстрое лазерное возбуждение приведет ккогерентным осцилляциям спинов на частоте квази-антиферромагнитноймоды магнитного резонанса, то это будет свидетельствовать о том, что светизменил соотношение обменных параметров. О наличии когерентныхспиновых осцилляций можно будет судить, основываясь на измерениях ТГцизлучения, исходящего из исследуемого образца. Важно отметить, для того,чтобы терагерцовое излучение можно было детектировать в нашемэксперименте, излучающий магнитный диполь должен лежать в плоскостиобразца.

Это является одним из немногих экспериментальных ограничений вданной работе и не позволяет проводить исследования только в ряде случаев“неудачных” кристаллографических ориентаций [171].89J(0)+ΔJ, D(0)+ΔDExcitedState6T1ut+δtFe3+GroundState6A1gt+δt2U+Δ OFe3+ttJ(0), D(0)Fe3+O2-Fe3+E(t)Рисунок 21. Механизм оптического возбуждения спиновой динамики воксидах железа путем сверхбыстрого эффекта света на обменноевзаимодействие. Косвенное обменное взаимодействие между спинамиионов железа Fe3+ (S=5/2, L=0) через ионы кислорода O2- происходитблагодаря виртуальным переходам электронов t внутри кластера железокислород-железо.

Лазерный импульс с центральной энергией фотона1.55 эВ и произвольной поляризации возбуждает интенсивный электродипольный переход с переносом заряда 6A1g→6T1u преодолевая барьерU + Δ в кластере, изменяя волновые функции электронов и такимобразом изменяя соотношение D/J.90Длятого,чтобыдоказатьсуществованиеобратногомагниторефрактивного эффекта, который не зависит от поляризациифемтосекундного лазерного импульса, мы выбрали монокристаллическуюпластину FeBO3, которая была выращена так, что кристаллографическая ось zявлялась нормалью к поверхности образца. Такая ориентация очень удобна,так как в выбранной плоскости FeBO3 обладает ничтожной как оптической,так и магнитной анизотропией.

Намагниченность и спины в FeBO3 лежат вплоскости,перпендикулярнойоси. Вэксперименте намагниченностьудерживалась в определенном направлении в плоскости путем приложенияслабого магнитного поля порядка 0.1 Тл. На образец мы воздействоваликороткими лазерными импульсами длительностью короче, чем 100 фс.Центральная энергия фотонов в оптическом импульсе была выбрана около1.55 эВ.Для того, чтобы выявить, какие резонансы возбуждает такоесверхбыстрое возбуждение, детектировалось ТГц излучение от образца.Измерения проводились с временным разрешением и позволяли выявить фазуэлектрического поля излученной волны. Этот факт является ключевым дляопределения чувствительности магниторефрактивного эффекта к ориентацииобразца и поляризации света.

Этот принцип показан на рисунке 22(а).Оптическая накачка фокусируется на образец, распространяясь по нормали кобразцу вдоль кристаллографической оси z. ТГц излучение, котороераспространяется в том же направлении, попадает на детектор. ТГц излучениепроисходитиз-заосцилляцийнамагниченностиантиферромагнитной моды m(t).91начастотеквази-Рисунок 22.

Генерация терагерцового излучения в FeBO3 and TmFeO3индуцированная лазерными импульсами длительностью 100 фс.а) Намагниченность, составленная из намагниченностей двух магнитныхподрешеток, лежит в плоскости образца M = M1+M2. б) Генерациятерагерцового излучения в FeBO3 при разных температурах ниже 170 K.Время задержки 0 пс выбирается произвольно. в) Спектры излучения,полученныеврезультатепримененияпреобразованияФурьевременным зависимостям для FeBO3 (точки) и аппроксимация функциейЛоренца (линии). г) Генерация ТГц излучения в TmFeO3 при разныхтемпературах ниже 53 K. e) Спектры излучения, полученные врезультатепримененияпреобразованияФурьеквременнымзависимостям для TmFeO3 (точки) и аппроксимация функцией Лоренца(линии).92Временные зависимости электрического поля излученной волны,которые удалось детектировать в эксперименте, показаны на рисунке 22(b).

Изпреобразования Фурье видно, что лазерное возбуждение приводит кизлучению на частоте порядка 0.45 ГГц (см. рисунок 22(c)). Эта частотахорошо соотносится с частотой квази-антиферромагнитной моды магнитногорезонанса в FeBO3 [177]. Амплитуда колебаний постепенно уменьшается помере увеличения температуры и приближения к температуре Нееля TN ~350 K.Такие же измерения были проведены для другого слабого ферромагнетика.ПодобныеэкспериментысмонокристалломTmFeO3,вырезаннымперпендикулярно кристаллографической оси z, также показали, чтосверхбыстрое оптическое возбуждение приводит к генерации ТГц излучения.На частоте квази-антиферромагнитной моды, которая для этого материаланаходится около 0.8 ТГц [171].

Важно отметить, что для этого материалаизмерения возможно было провести только при температурах нижетемператур спин-реориентационного фазового перехода в TmFeO3. Дело втом, что магнитная структура в этом материале сильно зависит оттемпературы. При температуре ниже 80 К спины ионов железа направленывдоль кристаллографической оси z, а слабый ферромагнитный момент - вдольоси x. В диапазоне от 80 К до 90 К происходит плавный поворот спинов от осиz к оси x, который сопровождается переориентацией намагниченности от осиx к оси z. Магнитным диполем, излучающим на частоте квазиантиферромагнитной моды, является слабый магнитный момент, которыйосциллирует по длине, но не меняет ориентации.

В случае образцавырезанногоперпендикулярноосиzвышетемпературспин-реориентационного перехода диполь не лежит в плоскости образца ииспускаемое излучение не достигает нашего детектора. Тем не менее, дажеэксперименты при низкой температуре указывают на то, что и в TmFeO3 светэффективновозбуждаетквази-антиферромагнитнуюрезонанса.93модумагнитногоДля того чтобы показать, что данный механизм возбуждения квазиантиферромагнитной моды не зависит от поляризации и линейно зависит отинтенсивности оптического возбуждения, были проведены подробныеисследования. Результаты экспериментов с разными поляризациями показанына рисунке 23 и рисунке 24, как амплитуды ТГц осцилляций в различныхматериалах зависят от температуры и интенсивности возбуждения.

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6559
Авторов
на СтудИзбе
299
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее