Диссертация (1090272), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В частности,свет может эффективно действовать на спины как фемтосекундный импульсмагнитного поля силой порядка нескольких Тесла. Симметрия такогодействия света на спины описывается обратными эффектами Фарадея иКоттона-Мутона. Эти явления ранее изучались для относительно длинныхлазерных импульсов, существенно превышающих 1 пс, которые не позволяливойти в режим сверхбыстрого магнетизма.
В данной работе изложенырезультаты по первому экспериментальному наблюдению опто-магнитногодействия 100 фс лазерных импульсов на спины, когда лазерное возбуждениепрактически эквивалентно действию 100 фс импульса магнитного поля. Такимобразом, эта работа позволила получить принципиально новое возбуждение вмагнетизме и сделать возможным экспериментальное изучение сверхбыстрогомагнетизма.В диссертации рассмотрено несколько механизмов действия света наспины. Все эти механизмы позволяют возбудить спиновую динамику,инициировать когерентную прецессию спинов на частоте магнитного176резонансы и даже вызвать различные фазовые переходы, включаяпереориентацию спинов.
Эти механизмы можно разделить на две группы:действие света на спины через изменение орбитального момента электронов испин-орбитальное взаимодействие, и действие света на спины через изменениеперекрытия волновых функций электронов и обменное взаимодействие. Еслиопто-магнетизм основанный на спин-орбитальном взаимодействии позволяетэффективно генерировать спиновые возбуждения в центре зоны Бриллюэна,то действие на спины через обменное взаимодействие способно генерироватькогерентные спиновый волны на границах зоны, где возбуждения имеютдлины волн порядка нм и частоту порядка 10 ТГц. Меняя поляризацию светабыло возможно управлять фазой спиновых колебаний. Тем самым мыпродемонстрировали новый метод генерации и управления спиновымиволнами (магнонами) на частотах до нескольких ТГц, что открывает новыеперспективы для развития ТГц магноники – новой технологии длявысокоэкономичной и сверхбыстрой обработки информации.Особое внимание в диссертации уделено методам сверхбыстрогоуправления электрическими токами и детектирования транспортных свойств(т.е.
проводимости) в магнитных средах. Показано, что, используя короткиеимпульсы ТГц излучения и магнитооптические явления возможно эффективнодетектироватьмагнитотраспортныехарактеристикиматериаловссубпикосекундным временным разрешением. Используя действие света наспинывструктурахвзаимодействиемспинтроникивозможносуправлятьсильнымспин-орбитальнымэлектрическимитокаминаинтерфейсах таких структур. Таким образом, данная создает новыевозможности и для исследования спинтроники на ТГц частотах.В заключительной главе уделено внимание одной из жаркообсуждаемых 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 орбитального177момента 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.Однимизпримеровтакогоартефактаявляетсянаблюдение ТГц модуляции магнитооптического эффекта Фарадея вTb3Ga5O12. Частота такой модуляции линейно зависит от магнитного поля, каки частота магнитного резонанса.
Тем не менее, такая модуляция связана сэффектами распространения в исследуемом материале. Таким образом, былпродемонстрированпринципиальноновыйметодмагнитооптическоймодуляции, который позволил достичь ТГц частот. Это открытие такжесоздает новой возможности для сверхбыстрой обработки и передачи данныхметодами фотоники.178Статьи в журналах из перечня ВАК по теме диссертационной работы: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 magnons andphonons 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 induced byfemtosecond 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-f exchangeinteraction 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, Ultrafast optical179modification of exchange interactions in iron oxides, Nature Communications 6,8190 (2015);10) D. Bossini, S. Dal Conte, Y. Hashimoto, A. Secchi, R. V. Pisarev, Th.Rasing, G. Cerullo, and A. V. Kimel, Macrospin dynamics in antiferromagnetstriggeredbysub-20femtosecondinjectionofnanomagnons,NatureCommunications 7, 10645 (2016)).11) T. J. Huisman, R. V. Mikhaylovskiy, A. V.
Telegin, Y. P. Sukhorukov,A. B. Granovsky, S. V. Naumov, Th. Rasing, A. V. Kimel, Terahertz magneto-opticsin the ferromagnetic semiconductor HgCdCr2Se4, Applied Physics Letters 106132411 (2015).12) T. J. Huisman, R. V. Mikhaylovskiy, A. Tsukamoto, Th. Rasing, A. V.Kimel, Simultaneous measurements of terahertz emission and magneto-optical Kerreffect for resolving ultrafast laser-induced demagnetization dynamics, Phys. Rev. B92 104419 (2015)13) 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).14) T. J. Huisman, R. V. Mikhaylovskiy, J. D. Costa, F. Freimuth, E. Paz,J. Ventura, P. P. Freitas, S. Blügel, Y. Mokrousov, Th. Rasing and A. V. Kimel,Femtosecond control of electric currents in metallic ferromagnetic heterostructures,Nature Nanotechnology 11, 455 (2016). doi:10.1038/nnano.2015.331180СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.Beaurepaire E., Merle J.-C., Daunois A., Bigot J.-Y. Ultrafast Spin Dynamicsin Ferromagnetic Nickel // Phys.
Rev. Lett. 1996. Vol. 76, № 22. P. 4250–4253.2.Kirilyuk A., Kimel A. V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magneticorder // Rev. Mod. Phys. 2010. Vol. 82, № 3. P. 2731–2784.3.Stöhr J., Siegmann H.C. Magnetism. 2006. P. 8224.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. 2003.P. 6565.Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures I / ed.
Hillebrands B.,Ounadjela K. 2002. Vol. 83. P. 3406.Tudosa I., Stamm C., Kashuba A.B., King F., Siegmann H.C., Stöhr J., Ju G.,Lu B., Weller D. The ultimate speed of magnetic switching in granularrecording media // Nature. 2004. Vol. 428, № 6985. P. 831–833.7.ЛандауЛ.Д.,ЛифшицЕ.М.Ктеориидисперсиимагнитнойпроницаемости ферромагнитных тел // Ландау Л. Д.
Собрание трудов в 2т. / ed. Лифшиц Е.М. 1969. P. 512.8.Gilbert T.L. A Lagrangian formulation of the gyromagnetic equation of themagnetization fields // Phys. Rev. 1955. Vol. 100. P. 1243.9.Bloch F. Zur Theorie des Ferromagnetismus // Zeitschrift fur Phys. 1930. Vol.61, № 3–4. P. 206–219.10.Kazantseva N., Nowak U., Chantrell R.W., Hohlfeld J., Rebei A. Slowrecovery of the magnetisation after a sub-picosecond heat pulse // EPL(Europhysics Lett. 2008. Vol. 81, № 2.
P. 27004.11.Atxitia U., Chubykalo-Fesenko O., Chantrell R.W., Nowak U., Rebei A.Ultrafast Spin Dynamics: The Effect of Colored Noise // Phys. Rev. Lett. 2009.Vol. 102, № 5. P. 57203.12.Bloch F. Nuclear Induction // Phys. Rev. 1946. Vol. 70, № 7–8. P. 460–474.13.Garanin D..
Generalized equation of motion for a ferromagnet // Phys. A Stat.181Mech. its Appl. 1991. Vol. 172, № 3. P. 470–491.14.Garanin D.A. Fokker-Planck and Landau-Lifshitz-Bloch equations forclassical ferromagnets // Phys. Rev. B. 1997. Vol. 55, № 5. P.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
