Диссертация (1090272), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Если построить обратную частоту как функцию температуры, тоэта зависимость действительно близка к линейной и может быть хорошоаппроксимирована линейной функцией (см. вставку на рисунке 45 (г)). Изаппроксимации можно оценить параметр Кюри-Вейса , который хорошосогласуется с данным параметром Кюри-Вейса из литературных данных [263].Все эти наблюдения четко указывают на то, что частота осцилляций являетсялинейной функцией намагниченности.Природа осцилляций эффекта Фарадея существенно проясняется еслипровести измерения при нескольких длинах волн луча зондирования. Рисунки45 (д) и (е) показывают, что частота осцилляций зависит от длины волныимпульса зондирования. Такая зависимость характерна для случаев, когдаосцилляции вызваны возбуждениями не в зоне Бриллюэна, то есть бегущимиволнами [242,255]Для того, чтобы объяснить наблюдаемые колебания, предложенамодель, когда линейно-поляризованный импульс накачки наводит в сределинейныйдихроизм,снимаявырождениемеждудвумялинейнымиполяризациями – параллельно и перпендикулярно направлению поляризациинакачки.
Такой светонаведенный линейный дихроизм можно объяснить наязыке оптического эффекта Керра. Если зондирующий импульс находитсяпозади импульса накачки, то накачка, отраженная от второй грани кристаллабудет распространяться навстречу импульсу зондирования. Вследствиеоптического эффекта Керра такое распространение будет эквивалентнодихроичной пластинки летящей навстречу импульсу зондирования со156скоростью света. Эффект Фарадея будет зависеть от положения такойдихроичной пластинки в среде, а движение пластинки приведет к модуляции.Если предложенная интерпретация верна, то наблюдаемая модуляцияфарадеевского вращения должна пропасть, как только время междуимпульсами накачки и зондирования будет настолько большим, что импульсзондирования никогда не встретит импульс накачки, отраженный от второйграни кристалла.
При этом мы считаем, и это можно легко показать, чтоимпульс накачки, который сначала отражается от второй, потом от первой, апотом опять от второй грани имеет намного более низкую интенсивность, чемимпульс, который отражается от второй грани только один раз. С учетомпоказателей преломления для групповых скоростей импульсов накачки изондирования в Tb3Ga5O12 можно рассчитать максимальное время Δτ, прикотором зонд благодаря нелинейно-оптическому эффекту Керра все ещеможет взаимодействовать со встречно распространяющейся накачкой.Δ =2(33),сгде L- это толщина кристалла, а оценки времени Δτ по формуле (33) дают, чтоосцилляции должны прекратиться при времени задержки 13.1 пс. Этонаходится в отличном согласии с экспериментальными данными, которыепоказаны на рисунке 45 (ж).Для того, чтобы найти частоту модуляции Фарадеевского вращения втакой модели заметим, что Фарадеевское вращение в дихроичной пластинке,индуцированной накачкой зависит следующим образом:()~ sin(2)(34),где Ipu – это интенсивность накачки, а ∆ это угол между поляризацией зондаи осью дихроичной пластинки.
Координата x, где встречаются дихроичнаяпластинка и импульс зондирования находится по формуле=−( − )( + )+( + )157(35)При этом координата x=0 соответствует задней (второй по направлениюраспространения света) грани кристалла. Можно также посчитать длиныпутей, которые преодолевают импульсы накачки Δxpu и зондированияΔxpr домомента встречи в образце.Δ =Δ =2( + )2( + )+−(36)( + )(37)( + )Отметим, что xpuxpr=2L. По мере распространения в образце импульсынакачки и зондирования испытывают Фарадеевское вращение pu и pr,соответственно. = Φ −2 0 = Φ +( + )−2 0 ( + ) 0 +(38)̅ 0 (39)̅Φ и Φ – это начальные поляризации зондирования и накачки, и V константы Верде для зондирования и накачки, ̅ = ( + )/2.Найдя pu -pr для уравнения (33) получим, что0 + sin(2) = sin(2(Φ + 0 ∗ ) cos (0 ++0 ∗ ) sin (̅̅) − cos(2(Φ +)(40)Из этой формулы легко видеть, что частота осцилляций равнаΩ=0 +(41),̅где + = + и ∗ = 4( + )/( + ).Из формулы (40) и определения постоянной Верде для парамагнетика видно,что частота осцилляций является линейной функцией намагниченности, как инаблюдалось в эксперименте.
Зависимость частоты от длины волныопределяется спектральной зависимостью постоянной Верде. Если взятьчастоты осцилляций эффекта Фарадея, рассчитать ожидаемую постояннуюВерде и сравнить ее с известным спектром, который ведет себя близко кзависимости 12, то получается отличное соответствие (см. вставку на158рисунке 45 (ж)).
Все эти факты являются весомым доказательством в пользупредложенной модели.Модуляция эффекта Фарадея может быть достигнута при любойреализации случая встречных импульсов. В частности, амплитуда модуляцииможет быть многократно усилена в случае если накачка и зондирование ссамого начала распространяются навстречу друг другу.5.4. Выводы по главе 5Эта глава показывает, что при исследовании сверхбыстрой спиновойдинамики в редкоземельных соединениях надо быть предельно осторожным свыбором метода зондирования спиновой динамики. Например, наиболеераспространенныйметод,которыйоснованнаизмеренияхмагнитооптического эффекта Фарадея или Керра, может привести к серьезнымотклонениям измеряемой динамики от реальной динамики намагниченности.Это показывает, что интерпретация результатов таких измерений всегдатребует особого внимания.
В качестве ключевых моментов в интерпретацииследует отметить необходимость учета многоподрешеточной природымагнетиков, которые содержат редкоземельные ионы, а также учет эффектовраспространения в оптических экспериментах.159(а)(б)(в)(д)(г)(е)Рисунок 45. 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. Сплошная линия соответствует от нормированнойполевой зависимости намагниченности кристалла согласно [262]. Пунктирнаялинияпредставляетсобойнаклонкривой,которыйсоответствуетэффективному g-фактору 55. (в) осцилляции Фарадеевского вращения при вполе 3 Тесла и при разных температурах.
(г) Температурная зависимостьчастоты модуляции при B0= 3 Тесла. Линия соответствуют закону 1/T ипоказана для наглядности. Вставка показывает зависимость обратной частотыот температуры (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, измеренная при температуре 1.7 К для трех длин волн лучазондирования. Вставка показывает расчетные постоянные Верде (точки) посравнению с законом 1/2, установленным в [256].160Глава6.ФЕМТОСЕКУНДНАЯОПТО-СПИНТРОНИКАГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ Сo/Pt6.1. ВведениеИдея использовать не только заряд, но и спин электронов в работеэлектронных устройств привело к развитию спинтроники.
Это вызвалонастоящую революцию в технологи обработки и хранения информации.Многообещающимразвитиемидейспинтроникимоглибыстатьэксперименты, в которых спинполяризованные токи управлялись бы нафемтосекундных временах. Таким образом, интересно задаться вопросом отом могут ли фемтосекундные лазерные импульсы контролировать спинполяризованные токи. В этой главе будут рассмотрены эксперименты, вкоторых будет показано, что направлением фототоков, генерируемыхфемтосекундными лазерными импульсами, можно управлять меняя какполяризацию света, так и намагниченность образца.
Глава основана нарезультатах, опубликованных в работе A.V. Kimel и др. Femtosecond control ofelectriccurrentsinmetallicferromagneticheterostructures,NatureNanotechnology, V.11, 2016. В этой работе соискатель играл роль научногоруководителя проекта.6.2.Фемтосекундныефототокииндуцированныециркулярнополяризованным светом в Co/PtСледует отметить, что генерация спин-поляризованных токов спомощью циркулярно поляризованного света уже была продемонстрированав полупроводниках без центра инверсии [264]. Интересно, что применениеэтой концепции к металлическим материалам, которые обычно используютсяв устройствах спинтроники, не было реализованы до недавнего времени.Фототоки, индуцированные циркулярно-поляризованным светом, могут бытьвызваны эффектом Рашбы [264].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
