Диссертация (1090272), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

Четность этого магнито-оптического эффекта даже поотношению к внешнему магнитному полю показывает, что эффект не можетбыть описан на языке Холловской проводимости и Фарадеевского вращения.128Измерения намагниченности подобного образца (CdCr2Se4) показывают, чтовращение и эллиптичность, показанные на рисунке 37 (в), примерно ведут себякак намагниченность в квадрате.

Наши измерения можно описать на языкеанизотропногомагнетосопротивления.Благодаряспин-орбитальномувзаимодействию в намагниченном материале проводимость в направленияхпараллельномиперпендикулярномнамагниченностинаправленияхотличается друг от друга.

В случае взаимодействия электромагнитных волн собразцом анизотропное сопротивление проявится как линейный дихроизм идвупреломление. Оба этих явления, в конечном итоге, приводят к наведениюэллиптичности и повороту плоскости поляризации линейно поляризованногосвета при взаимодействии с образцом.129Рисунок 36. (а)Схематичноепредставлениеэкспериментальнойустановки с тремя поляризаторами. Установка позволяет измерятьизменений поляризации ТГц импульса после прохождения черезмагнитный полупроводник HgCdCr2Se4.

(б) Трехмерная картинаэлектрического поля ТГц волны (красная линия) и его проекция наплоскость перпендикулярно направлению распространения ТГц волны(черная линия). (в) электрического поля ТГц волны на плоскостьперпендикулярно направлению распространения ТГц волны. Чернойлинией показано электрическое поле для случая, когда приложенноемагнитное поле равно нулю. Красной линией показан случай, когдамагнитное поле равно 0.1 Тесла.130Рисунок 37. (а) Поворот плоскости поляризации как функция внешнегомагнитного поля. (б) эллиптичность, приобретенная поляризацией какфункция внешнего магнитного поля.

(в) Намагниченность (краснаялиния) и намагниченность в квадрате (синяя линия) как функциямагнитного поля в CdCrSe4 при температуре 78K131Рисунок 38 (а) показывает, как вращение и эллиптичность, наведенныенамагниченностью, зависят от температуры образца. Видно, что оба этихэффекта пропадают при повышении температуры образца до точки КюриTc  120K . Это наблюдение еще раз подтверждает факт, что наблюдаемыймагнитооптический эффект фактически возникает за счет магнитногоупорядоченияв(Hg,Cd)Cr2Se4.Спектральныезависимостиповоротаплоскости поляризации и эллиптичности показаны на рисунке 38 (б).Интересно отметить, что, кажется, что наблюдаемый магнитооптическийэффектусиливаетсяприувеличениичастоты.Можновидеть,чтомаксимальное магнитоиндуцированное вращение и эллиптичность достигают6 градусов, что соответствует 4.0 * 103 радиан / (T м).

При этом интереснопроанализироватьспектральноеповедениефункциипотерь,котораярассчитывалась по следующей формуле:     ln где E~  и~Eref  ~E   ,~Eref   (24)комплексные амплитуды электрического поля ТГц импульса.На рисунке 38 (в) показана спектральная зависимость функции потерь. Изспектра видно, что функция яркий максимум на частоте около 1.8 ТГц.

Этотмаксимум соответствует колебательной моде [225]. Из рисунков также видно,что эта колебательная мода не проявляется в спектре вращения иэллиптичности. Более того, измерения спектра функции потерь показали, чтоприложение внешнего магнитного поля не меняет спектра. Все этопоказывает, что колебательная мода не связана с магнитооптическимиэффектамииприродамагнитооптическогообъясняетсядругимивозбуждениями, резонансы которых вероятно находятся выше 2.5 ТГц. Такимвозбуждением может быть, например, плазменная частота, которая для(Hg,Cd)Cr2Se4 ожидается около 10 ТГц [226,227].1324.2.

Выводы по главе 4.Таким образом, в данной главе показано, что магнитооптическиеявления в ТГц диапазоне является эффективным методом зондированиямагнитотранспортныхсвойств.Этотметодможетприменятьсядляисследований явлений спинтроники с пикосекундным разрешением, чтосоздает уникальные возможности для экспериментальных исследованийтехнологий будущего.Рисунок 38. (а)Вращениеиэллиптичность,наведенныенамагниченностью как функции температуры образца. (б) Спектральнаязависимость эллиптичности и вращения плоскости поляризации. (в)Функция потерь, рассчитанная по формуле (24).

Максимум на частоте1.8 ТГц соответствует колебательной моде, описанной в [225].133Глава 5. СВЕРХБЫСТРАЯ ДИНАМИКА МАГНИТООПТИЧЕСКИХЯВЛЕНИЙ В СОЕДИНЕНИЯХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВНаблюдение субпикосекундного размагничивания ферромагнитногоникеля фемтосекундным лазерным импульсом, которое было опубликованопочти два десятилетия назад [1] послужило началом совершенно новойобласти в физике магнетизма, посвященной проблемам сверхбыстройдинамики намагниченности. Эта тема достаточно бурно обсуждалась иобсуждается в научном сообществе и является предметом жарких дискуссий[2,37,57,70,125,228,229],Однойизглавныхпричинпротиворечийвсверхбыстром магнетизме является отсутствие техники свободной отартефактовиспособнойнаблюдатьдинамикунамагниченностивсубпикосекундным масштабе времени.

Большинство экспериментальныхисследований сверхбыстрого магнетизма, выполняемых в настоящее время,используют полностью оптическую методику накачки и зондирования, вкоторойнамагниченностьзондируетсяопосредованночерезмагнитооптические эффекты Фарадея или Керра.Однако было замечено, что в субпикосекундном временном диапазонемагнитооптические методы не всегда являются объективными [32]. Вчастности, было высказано мнение, что если временное поведениемагнитоиндуцированнойэллиптичностиотличаетсяотповедениямагнитоиндуцированного вращения плоскости поляризации, то это означает,чтодинамикамагнитооптическогосигналавызвананединамикойнамагниченности, а динамикой магнитооптической восприимчивости [33].Очевидно, что обратное утверждение неверно.

Если эллиптичность ивращение имеют одинаковую динамику, то это вовсе не может служитьдоказательствомтого,чтодинамикамагнитооптическогоэффектаопределяется динамикой намагниченности.Особо интересно проблема динамики магнитооптических явленийпроявляется в соединениях редкоземельных металлов. Во-первых, во многих134из этих соединений появляется намагниченность, связанная не со спиновым, ас орбитальным моментом. Более того, такие соединения являютсямногоподрешеточными магнетиками [27,230–234], и в зависимости от длиныволны света магнитооптические эффекты в них определяются в разныхпропорцияхспиновымииорбитальныминамагниченностямиразныхподрешёток. Понятно, что в таком магнетике в самом общем случае динамикамагнитооптическогоэффектанеотражаетдинамикусуммарнойнамагниченности материала. Во-вторых, в соединениях редкоземельныхметаллов магнитооптические эффекты достигают огромных значений.

Этотоже может привести к неожиданным эффектам, которые могут бытьошибочно объяснены динамикой намагниченности.В этой главе мы рассмотрим примеры достаточно необычной динамикимагнитооптических явлений в соединениях редкоземельных металловNdFeCo, GdFeCo и Tb3Fe5O12. Эта глава основана на публикациях соискателяT. J. Huisman, R. V.

Mikhaylovskiy, A. Tsukamoto, Th. Rasing, A. V. Kimel,Simultaneous measurements of terahertz emission and magneto-optical Kerr effectfor resolving ultrafast laser-induced demagnetization dynamics, Phys. Rev. B 92104419 (2015) и R. Subkhangulov, R. Mikhaylovskiy, A. K. Zvezdin. V.

Kruglyak,Th. Rasing, and A. V. Kimel, Terahertz modulation of the Faraday rotation by laserpulses via the optical Kerr effect, Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2015.249(2016). Во всех этих публикациях соискатель выполнял роль научногоруководителя проекта.1355.1. Сравнение сверхбыстрой динамики сгенерированного ТГц излученияимагнитооптическогоэффектаКерравслучаесверхбыстрогоразмагничивания GdFeCo и NdFeCoИзвестно, что возбуждение аморфных сплавов переходных иредкоземельных металлов фемтосекундным лазерным импульсом приводит кразмагничиванию или даже перевороту намагниченности на 180 градусов навременах порядка пикосекунды.

Интересно сравнить как отражают динамикунамагниченности методы с разными принципами действия. Например, вдополнение к измерениям сверхбыстрой спиновой динамики с помощьюмагнитооптического эффекта Керра можно применить метод терагерцовойэмиссии. Если свет приводит к размагничиванию и таким образом изменяетсуммарную намагниченность на временах быстрее, чем 1 пс, то такаясверхбыстрая динамика будет являться магнито-дипольным источникомэлектромагнитного излучения в ТГц диапазоне [61,62,173,235].

Очевидно, чтов отличие от магнитооптического эффекта Керра, динамику которогодостаточно сложно интерпретировать, метод, основанный на детектированииТГц излучения, позволяет с помощью уравнений Максвелла связатьизмеренный сигнал с динамикой суммарной намагниченности. Практическаяреализацияэтогометодапредставляетсобоймагнетометрссубпикосекундным разрешением.Наш экспериментальный подход уникальным образом сочетает ТГцспектроскопию во временной области с оптической схемой накачкизондирования, как это показано на рис.

39(а). Лазерная система на основетитан-сапфирового лазера используется для генерации световых импульсовдлительностью 50 фс, с частотой повторения 1 кГц и с центральной длинойволны 800 нм. Лазерный луч разделяется на три части: накачка, оптическийзонд и оптический затвор. Плотность энергии накачки составляла примерно 1мДж/см2.

Характеристики

Список файлов диссертации