Фемтомагнетизм и сверхбыстрое оптическое перемагничивание Орлова Наталья Борисовна

сверхбыстрой магнитной динамики
Основные теоретические подходы
Наши работы

состояние веществ со спиновым магнитным упорядочением.

U. Bovensiepen, Nature, 5, 401 (2009).

G. Zhang, W. Hübner, E. Beaurepaire, J.-Y. Bigot, Topic Apply Physics, 83, 245, 2002

processes) – процессы, характерные времена которых составляют пико- или фемтосекунды

релаксации.

Амплитуда магнитного поля в мощных лазерный импульсах порядка 105 Э

магнетизма!

2,3 пикосекунды

накачки Δt (ps)

– сигнал до накачки

– сигнал после накачки

– длительность накачки

фс – время релаксации
сигнала

E. Beaurepaire et all,
Phys. Rev. Lett. 76, (1996) 4250.

(2009).

длительность τpulse = 50 фс,
флюенс Ф = (1 – 10-3) мДж/см2,
λ = 798 нм.

Optic — электрооптический сигнал, соответствующий возбуждению зарядов.
Magnetic — магнитооптический сигнал, соответствующий возбуждению спинов.

Результат: Возбуждение спинов происходит во время действия pump (50 фс), как и возбуждение зарядов.

вращения L — 5 пс
период волновых колебаний — 10 пс

A. V. Kimel et al, Letters to Nature, 429, 850 (2004).

Параметры pump:

τpulse = 48 фс,
λ = 1200 нм.

Вещество TmFeO3 — двухподрещёточный
антиферромагнетик с переориентацией вектора
антиферромагнетизма.

DyFeO3 — двухподрещёточный антиферромагнетик с большим эффектом Фарадея θ = 3 о/см.

Параметры pump:

τpulse = 200 фс,
Ф = 30 мДж/см2,
λ = 1200 нм,
две циркулярные поляризации.

Результат: 1) нетепловое воздействие
(зависимость от поляризации)
2) частота осцилляций зависит от
температуры.

для линейно поляризованной накачки.

A. M. Kalashnikova et al, Phys. Rev. Lett., 99, 167505 (2007).

Вещество FeBO3 — двухподрещёточный антиферромагнетик с высокой температурой Нееля TN = 348 K.

Параметры pump:

τpulse = 150 фс, Ф = (1 – 60) мДж/см2,
λ = 1000 нм,
поляризация: циркулярная и линейная

анизотропией: до облучения (a), после облучения (b).
Из статьи C. D. Stanciu et al. Phys. Rev. Lett. 99, 047601 (2007).

τpulse = 40 фс ― длительность одного импульса,
λ = 800 нм ― длина волны
f = 1 кГц ― частота следования импульсов,
v = 30 мкм/с ― скорость сканирования,
Ф = 11,4 мДж/см2 ― флюэнс накачки.

Kimel, D. Hinzke, U. Nowak, R. Chantrell, A. Tsukamoto,
A. Itoh, A. Kirilyuk, Th. Rasing Phys. Rev. Lett., 103, 117201 (2009).

Вещество Gd22Fe74,6Co3,4 — аморфная ферромагнитная плёнка толщиной 20 нм, с наведённой анизотропией.

.

Результат: намагниченность исчезает, затем восстанавливается в направлении, определяемом киральностью накачки.

систему 10 фемтосекундного и наносекундного импульса будет при условии

полем накачки

Времена релаксации S и L порядка 10 3 fs

Heff = 20 T
и длительностью teff = 250 фс
Численный анализ для объёма 30 nm × 30 × nm × 30 nm

Результат – 3 стадии релаксации:
1-ая стадия – нагрев до температуры T ≈ 1000 K (t = 0,5 пс)
2-ая стадия – остывание до T < TC (t = 10 пс)
3-ая стадия – формирование домена (t = 30 пс). Направление намагниченности домена зависит от ориентации Heff

«Нагрев» до 1000 К это не тепловой, а динамический хаос.

накачки

фс.

2. Нерезонансность возбуждения

3. Время жизни возбуждённого состояния

4. Релаксация возбуждённого состояния — спонтанное излучение.

(ширина линии).

атомов

L — хранилище исходной оптической когерентности?

Kurkin M.I., Bakulina N.B., Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008).

Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008).

- орбитальный ферромагнетизм
- аналог взаимодействия квадрупольных атомных моментов (переходы m↔−m связаны с передачей углового момента к решётке)

При Ω = ħG решалось уравнение

С начальным условием

Kurkin M.I., Bakulina N.B., Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008).

134430 (2008).
М.И. Куркин, Н.Б. Орлова Физика низких температур, 2010, том 36, вып. 8-9, стр. (891-901)

изучить влияние этого факта на магнитооптические сигналы от пробных импульсов.

единого представления о природе этих явлений.