'

Фемтомагнетизм и сверхбыстрое оптическое перемагничивание

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Фемтомагнетизм и сверхбыстрое оптическое перемагничивание Орлова Наталья Борисовна


Слайд 1

План доклада: Предмет изучения фемтомагнетизма Времена в магнетизме. Теоретический предел Теоретическая невозможность фемтомагнетизма Экспериментальное наблюдение сверхбыстрой магнитной динамики Основные теоретические подходы Наши работы


Слайд 2

Фемтомагнетизм – раздел магнетизма, изучающий влияние фемтосекундных (10-15с) лазерных импульсов на магнитное состояние веществ со спиновым магнитным упорядочением. U. Bovensiepen, Nature, 5, 401 (2009). G. Zhang, W. Hubner, E. Beaurepaire, J.-Y. Bigot, Topic Apply Physics, 83, 245, 2002


Слайд 3

Метод накачка-проба (pump-probe) Основной метод для изучения сверхбыстрых процессов . Сверхбыстрые процессы (ultrafast processes) – процессы, характерные времена которых составляют пико- или фемтосекунды


Слайд 4

Времена спиновой динамики ? частота прецессии, ? период прецессии, ? время спин-решёточной релаксации. Амплитуда магнитного поля в мощных лазерный импульсах порядка 105 Э


Слайд 5

Предельное время перемагничивания 2004 год Абсолютный рекорд по времени перемагничивания. Не противоречит теории магнетизма! 2,3 пикосекунды


Слайд 6

Из презентации Р. В. Писарева, ФКС-2010


Слайд 7

Первый эксперимент Зависимость интенсивности магнитооптического сигнала Керра от времени задержки после импульса накачки ?t (ps) – сигнал до накачки – сигнал после накачки – длительность накачки фс – время релаксации сигнала E. Beaurepaire et all, Phys. Rev. Lett. 76, (1996) 4250.


Слайд 8

Сверхбыстрое оптическое размагничивание никеля Параметры pump: J.-Y. Bigot et al, Nature Physics, 5, 515 (2009). длительность ?pulse = 50 фс, флюенс Ф = (1 – 10-3) мДж/см2, ? = 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.


Слайд 9

Фемтомагнетизм в антиферромагнетиках Результат: время установления спиновой температуры — 0,3 пс время вращения L — 5 пс период волновых колебаний — 10 пс A. V. Kimel et al, Letters to Nature, 429, 850 (2004). Параметры pump: ?pulse = 48 фс, ? = 1200 нм. Вещество TmFeO3 — двухподрещёточный антиферромагнетик с переориентацией вектора антиферромагнетизма.


Слайд 10

Фемтомагнетизм в антиферромагнетиках (II) A. V. Kimel et al, Nature, 435, 655 (2005). Вещество DyFeO3 — двухподрещёточный антиферромагнетик с большим эффектом Фарадея ? = 3 о/см. Параметры pump: ?pulse = 200 фс, Ф = 30 мДж/см2, ? = 1200 нм, две циркулярные поляризации. Результат: 1) нетепловое воздействие (зависимость от поляризации) 2) частота осцилляций зависит от температуры.


Слайд 11

Фемтомагнетизм в антиферромагнетиках (III) Результат: Эффекты наблюдаются не только для циркулярно, но и 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: ?pulse = 150 фс, Ф = (1 – 60) мДж/см2, ? = 1000 нм, поляризация: циркулярная и линейная


Слайд 12

Сверхбыстрое оптическое перемагничивание до облучения после облучения Распределение намагниченности в плёнке Gd-Fe-Co с перпендикулярной анизотропией: до облучения (a), после облучения (b). Из статьи C. D. Stanciu et al. Phys. Rev. Lett. 99, 047601 (2007). ?pulse = 40 фс ? длительность одного импульса, ? = 800 нм ? длина волны f = 1 кГц ? частота следования импульсов, v = 30 мкм/с ? скорость сканирования, Ф = 11,4 мДж/см2 ? флюэнс накачки.


Слайд 13

Оптическое перемагничивание фемтосекундными импульсами K. Vahaplar, A. M. Kalashnikova, A. V. 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.


Слайд 14

Из презентации Р. В. Писарева, ФКС-2010


Слайд 15

В чём состоит принципиальное отличие фемтосекундной накачки от наносекундной?


Слайд 16

Различие первое – амплитуда Пример: двухуровневая система Заселённость верхнего уровня: Одинаковое влияние на эту систему 10 фемтосекундного и наносекундного импульса будет при условии


Слайд 17

Времена возбуждения S и L порядка десятки fs Дополнительное взаимодействие с электрическим полем накачки Времена релаксации S и L порядка 10 3 fs


Слайд 18

Динамика спинов под действием мощьной оптической накачки с эффективным магнитным полем 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.


Слайд 19

Различие второе – неопределённость в ширине спектра накачки Гц. 1. Неопределённость в частоте накачки фс. 2. Нерезонансность возбуждения 3. Время жизни возбуждённого состояния 4. Релаксация возбуждённого состояния — спонтанное излучение. (ширина линии).


Слайд 20

Спонтанное излучение а. Простой пример ?N — число возбуждённых атомов, N — число атомов L — хранилище исходной оптической когерентности? Kurkin M.I., Bakulina N.B., Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008).


Слайд 21

Проблема стабилизации l б. Подавление осцилляций l а. Осцилляции l Kurkin M.I., Bakulina N.B., Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008).


Слайд 22

Проблема стабилизации l в. Модели для Vll г. Решение стационарного уравнения - орбитальный ферромагнетизм - аналог взаимодействия квадрупольных атомных моментов (переходы m-?m связаны с передачей углового момента к решётке) При ? = hG решалось уравнение С начальным условием Kurkin M.I., Bakulina N.B., Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008).


Слайд 23

Спиновая переориентация Kurkin M.I., Bakulina N.B., Pisarev R.V., Phys. Rev. B, 78, 134430 (2008). М.И. Куркин, Н.Б. Орлова Физика низких температур, 2010, том 36, вып. 8-9, стр. (891-901)


Слайд 24

Различие третье – различная крутизна фронтов импульсов нано- и фемтосекундной накачек Планируется изучить влияние этого факта на магнитооптические сигналы от пробных импульсов.


Слайд 25

Область исследований «фемтомагнетизм» сформировалась в последнее десятилетие. До сих пор нет единого представления о природе этих явлений.


Слайд 26

Спасибо за внимание!


×

HTML:





Ссылка: