Нелинейная магнитооптика слоистых структур (1104061), страница 4
Текст из файла (страница 4)
На рис. 6 приведенасхема эксперимента. В качестве источника излучения использовался перестраиваемый лазер на кристалле титан-сапфира, генерирующий излучение вдиапазоне длин волн от 750 до 860 нм. Акусто-оптический модулятор позволял получать импульсы длительностью 35-40 фс с частотой следования 1.5МГц. Выходная энергия в импульсе составляла 40 нДж. Исследование проводились нелинейно-оптическим методом ”накачка-зондирование”, при этомрегистрировался сигнал ВГ, отраженный от пленки золота, а луч накачкипопадал на образец со стороны подложки и возбуждал баллистические спинполяризованные электроны в слое железа. Распространяясь в сторону внешней поверхности золота, электроны переносили спин и приводили к эффективному намагничиванию слоя золота, что регистрировалось с помощью методов нелинейной оптики.Рис.
6: Экспериментальная схема возбуждения и регистрации спинполяризованного тока.В случае магнитной нелинейной среды интенсивность ВГ определяетсяследующим образом:22I ↑,↓ (2ω) ∝ Eeven+ Eodd± 2 · Eeven (2ω)Eodd (2ω) · cos φ-14 -(1)Здесь стрелки показывают противоположные направления намагниченности, индексы even и odd характеризуют, соответственно, чëтную и нечëтнуюпо намагниченности компоненты электрического поля, а угол φ представляет собой относительную фазу двух вышеуказанных вкладов, в общем случаеявляющихся комплексными.
Динамика светоиндуцированных изменений магнитного сигнала ВГ, дающего информацию о намагниченности поверхности,может быть описана, если оперировать величиной динамического магнитногоконтраста, определяемого следующим образом:ρ2ω (t) =↑↓I2ω(t) − I2ω(t)↑↓I2ω(t) + I2ω(t)(2)Переменная t в данном случае показывает запаздывание пробного лучаотносительно луча накачки. Величина динамического магнитного контрастаоказывается пропорциональной мгновенной намагниченности поверхности.Толщина слоя железа была близка к баллистической длине электроновLbF e для длины волны света 800 нм для того, чтобы электроны возбуждались преимущественно в слое Fe. Это позволяло достичь высокой спиновойполяризации горячих баллистических электронов.
При этом спиновая длинаэлектронов в золоте LsAu значительно превышала толщину образцов, составляя до 1000 нм, что обеспечивало минимальные транспортные потери спинапо пути следования баллистических электронов. На рис. 7 приведены экспериментальные зависимости динамического магнитного контраста от временизадержки зондирующего излучения для образцов с толщиной слоя железа 15нм.Рис. 7: Зависимости динамического магнитного контраста от времени задержки зондирующего излучения на фемто- (a) и пикосекундных (б) временах.Толщина слоя железа 15 нм, толщина слоя золота 50 нм (красные точки) или100 нм (синие точки).-15 -После возбуждения мощным импульсом накачки наблюдается отклонениемагнитного контраста от равновесного значения ρ(t < 0) = 0. Максимальнаявеличина эффекта достигается на временах около 40 (80) фс для образца столщиной слоя золота 50 (100) нм.
Эти значения находятся в хорошем согласии с временами, которые требуются баллистическим электронам для того,чтобы пролететь весь слой золота насквозь: скорость распространения баллистических электронов, как показывают расчеты, составляет немногим более1 нм/фс. Таким образом, ненулевой магнитный момент к зондируемой поверхности золота приносят спин-поляризованные баллистические электроны.Измерение петли гистерезиса в сигнале ВГ при времени задержки 40 фс подтвердило полученные результаты.Отметим изменение знака динамического магнитного контраста, наблюдаемое, в частности, на временах задержки порядка 300-500 фс.
Расчеты,проведенные группой проф. А. Лихтенштейна, показали, что скорости распространения для носителей с противоположным спином отличаются незначительно. Данные эксперимента можно объяснить, если принять в расчет различные времена жизни частиц с разной энергией в баллистическом режиме.Используя данные работы [11], были оценены баллистические длины носителей различной спиновой поляризации в золоте, которые составили около 250и 50 нм. Толщина слоя золота составляет 50 или 100 нм, то есть для носителейопределенной поляризации баллистический режим по мере распространенияэффективно сменяется диффузионным.Таким образом, наблюдаемая динамика магнитного контраста ВГ обусловлена следующим: носители с одним направлением спина баллистически распространяются в слое золота со скоростью, близкой к скорости Ферми (около1.3 нм/фс), и успевают в этом режиме достичь поверхности золота, что приводит к появлению ненулевого магнитного контраста ВГ.
Частицы со спиномпротивоположного направления живут в баллистическом режиме значительно меньше, и для них этот режим сменяется диффузным. Подобный процесссопровождается заметным уменьшением средней скорости распространенияв первоначальном направлении, импульс частиц с этой поляризацией замедляется и расплывается во времени, что приводит к запаздыванию и вклада вдинамическую зависимость магнитного контраста ВГ.Основные результаты и выводы1. С помощью метода z-сканирования экспериментально обнаружен эффект самодефокусировки света в фотоннокристаллических микрорезо-16 -наторах с дефектным слоем на основе гранатов.
Обнаружен спектральный сдвиг микрорезонаторной моды на величину около 2 нм при плотности мощности излучения до 20 МВт/см2 , связанный с изменением показателя преломления микрорезонаторного слоя под действием лазерногоимпульса.2. Экспериментально обнаружен эффект самофокусировки излучения вфотонных кристаллах на основе феррит-граната. Обнаружена спектральная зависимость нелинейной добавки к показателю преломленияна длинноволновом краю запрещенной зоны фотонного кристалла, которая связывается с перераспределением оптического поля внутри элементарной ячейки ФК и является следствием оптического аналога эффектаБоррманна.3.
В образце с микрорезонаторным слоем из феррит-граната с висмутомобнаружена зависимость угла поворота плоскости поляризации от плотности мощности зондирующего излучения. Для наблюдения этого эффекта разработана методика модифицированного z-сканирования, чувствительная к поляризационным эффектам.4. Исследован квадратичный нелинейно-оптический и магнитооптическийотклик фотоннокристаллического микрорезонатора, изготовленного изчередующихся слоев граната различного состава. В геометрии эффектаКоттона-Мутона обнаружена сильная зависимость магнитного контраста ВГ от угла падения излучения.
Рассмотрена феноменологическаямодель, в рамках которой магнитный контраст ρ определяется отношением компонент тензора квадратичной восприимчивости, разностьюфаз между ними, показателями преломления среды и углом паденияизлучения.5. Нелинейно-оптическим методом накачка-зондирование проведено исследование спин-поляризованного транспорта носителей в эпитаксиальных пленках Au/Fe/MgO. Получены зависимости динамическогомагнитного контраста и вариации немагнитной компоненты поля ВГв зависимости от времени задержки между пробным лучом и лучом накачки.Обнаружен динамический магнитный контраст ВГ, связанный с появлением в поверхностном слое инжектированных спинполяризованных баллистических носителей.
Показано, что транспортосновных и неосновных носителей спина в зависимости от их спиновой поляризации имеет принципиально различный - баллистический и-17 -диффузионный - характер, что приводит к изменению знака магнитногоконтраста на временах задержки около 300 фс. Предложен вероятныйсценарий динамики поведения намагниченности в пленке золота.Список цитируемой литературы[1] M. Sheik-Bahae, A.
A. Said, E. W. Van Stryland, High sensitivity, singlebeam n2 measurements// Opt. Lett. – 1989. – Vol. 14, №17.– p. 955–957.[2] Y. Z. Gu, W. F. Zhang, D. H. Gu, F. X. Gan, Nonlinear response and opticallimiting in SrBi2 Ta2 O9 thin films//Opt. Lett. – 2001. – Vol. 26, p. 1788–1790.[3] B. Gu, Y. H. Wang, X. C. Peng, J. P. Ding, J. L. He, H.
T. Wang, Giantoptical nonlinearity of a Bi2 Nd2 Ti3 O12 ferroelectric thin film // Appl. Phys.Lett. – 2004. – Vol. 85, p. 3687–3689.[4] D. V. Petrov, A. S. L. Gomes, Cid B. Araujo, Reflection z-scan technique formeasurement of optical properties of surfaces // Appl. Phys. Lett. – 1994. –Vol. 65, p. 1067–1069.[5] Раздольский И.Э., Капра Р.В., Мурзина Т.В., Акципетров О.А., Кубичные эффекты самовоздействия в фотонно-кристаллических микрорезонаторах// Письма в ЖЭТФ – 2006.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
