Laserdrevet spindynamik i ferrimagneter:Hvordan flyder vinkelmomentet?

At forstå den ultrahurtige manipulation og dynamikken af ​​spins i magnetiske materialer er afgørende for udviklingen af ​​næste generation af spintroniske enheder og teknologier. Laserdrevet spindynamik i ferrimagneter, som er magnetiske materialer sammensat af to eller flere magnetiske subgittere med forskellige magnetiske momenter, giver unik indsigt i de grundlæggende mekanismer, der styrer vinkelmomentoverførsel og afslapningsprocesser i disse materialer.

Når et ferrimagnetisk materiale udsættes for en intens laserpuls, kan interaktionen mellem laserlyset og materialets elektroniske system inducere forskellige spindynamiske fænomener. Denne dynamik kan involvere præcession af spins omkring et effektivt magnetfelt, generering og udbredelse af spinbølger og overførsel af vinkelmomentum mellem forskellige magnetiske subgitter.

Et nøgleaspekt i forståelsen af ​​laserdrevet spindynamik er at spore strømmen af ​​vinkelmomentum i det ferrimagnetiske materiale. Adskillige mekanismer bidrager til vinkelmomentoverførsel og afslapning:

1. Direkte excitation og overførsel: Ved absorption af laserfotoner kan elektronerne i ferrimagneten exciteres til højere energitilstande. Dette kan føre til overførsel af vinkelmomentum fra de exciterede elektroner til atomernes magnetiske momenter, hvilket får dem til at præcessere. De foregående spins interagerer derefter med tilstødende spins og overfører vinkelmomentum gennem udvekslingsinteraktioner.

2. Omvendt Faraday-effekt: Den omvendte Faraday-effekt er et fænomen, hvor cirkulært polariseret lys kan inducere en magnetiseringsændring i et materiale. I ferrimagneter kan absorptionen af ​​cirkulært polariseret lys selektivt excitere spins i det ene magnetiske undergitter, mens det andet undergitter efterlades upåvirket. Dette kan resultere i en netto vinkelmomentoverførsel mellem undergitterne.

3. Spin-Orbit-kobling: Spin-orbit-kobling refererer til interaktionen mellem elektronernes spin og orbitale vinkelmomentum. I ferrimagneter kan spin-kredsløbskobling føre til overførsel af vinkelmomentum mellem spins og gitteret, hvilket påvirker dynamikken i de magnetiske momenter.

4. Spinpumpning: Spinpumpning er en proces, hvor spins pumpes fra et magnetisk lag til et andet på grund af en præcessionsinduceret spinstrøm. I ferrimagneter kan spinpumpning forekomme mellem forskellige magnetiske subgitter eller mellem ferrimagneten og et tilstødende ikke-magnetisk lag, hvilket fører til overførsel af vinkelmomentum mellem disse områder.

5. Magnon-Magnon-spredning: Magnon-magnon-spredning refererer til interaktioner og spredning af spin-bølger i et magnetisk materiale. Disse interaktioner kan føre til udveksling af energi og vinkelmomentum mellem forskellige magnoner, hvilket påvirker den overordnede spindynamik.

At forstå strømmen af ​​vinkelmomentum i laserdrevet spindynamik er afgørende for at manipulere og kontrollere ferrimagneters magnetiske egenskaber på ultrahurtige tidsskalaer. Ved at få kontrol over denne dynamik bliver det muligt at realisere nye spintroniske enheder med forbedret ydeevne og funktionaliteter, såsom ultrahurtige magnetiske kontakter, spin-baserede logiske porte og spintroniske oscillatorer.