Управление намагниченностью ферро- и антиферромагнетиков фемтосекундными лазерными импульсами

Видео

Аннотация

В современной физике магнетизма одной из интереснейших фундаментальных и прикладных задач является управление магнитным порядком сред и наноструктур за счет внешних воздействий, отличных от магнитного поля. Опубликованная в 1996 году работа по сверхбыстрому лазерно-индуцированному размагничиванию магнитного металла [1] положила начало развитию новой области в магнетизме — сверхбыстрому магнетизму [2], в которой изучаются сильно неравновесные процессы, возникающие в магнитоупорядоченных средах при воздействии на них фемтосекундных импульсов когерентного электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и терагерцового диапазонов.

Процессы, возникающие в магнитоупорядоченных средах при воздействии на них фемтосекундных лазерных импульсов можно условно разделить на две большие группы — термические и нетермические, в зависимости от того, имеет ли место быстрое изменении температуры решетки или электронов под действием лазерного импульса. В докладе мы рассмотрим несколько примеров таких процессов:

• Сверхбыстрые обратные магнитооптические эффекты [3] — нетермические эффекты наблюдаемые в диэлектриках и позволяющие реализовать управление магнитным порядком лазерными импульсами определенной поляризации [4].
• Лазерно-индуцированное изменение магнитной анизотропии — термический эффект, позволяющий индуцировать однородную прецессию намагниченности [5], спиновые волны и спиновый транспорт [6] в широком классе материалов.
• Сверхбыстрое размагничивание [1] — один из самых сложных для описания лазерно-индуцированных термических процессов, доминирующий в металлах и позволивший впервые реализовать полностью-оптическое управление намагниченностью [7].

1. E. Beaurepaire, J.-C. Merle, A. Daunois, and J.-Y. Bigot, Ultrafast Spin Dynamics in Ferromagnetic Nickel, Phys. Rev. Lett. 76, 4250 (1996).
2. A. Kirilyuk, A. V. Kimel, Th. Rasing, Ultrafast optical manipulation of magnetic order, Rev. Mod. Phys. 82, 2731 (2010).
3. А. М. Калашникова, А. В. Кимель, Р. В. Писарев, Сверхбыстрый оптомагнетизм, УФН 185, 1064 (2015).
4. J. A. de Jong, I. A. Razdolski, A. M. Kalashnikova, et al., Coherent control of the route of an ultrafast magnetic phase transition via low-amplitude spin precession, Phys. Rev. Lett. 108, 157601 (2012).
5. L. A. Shelukhin, V. V. Pavlov, P. A. Usachev, et al., Ultrafast laser-induced changes of the magnetic anisotropy in a low-symmetry iron garnet film, Phys. Rev. B 97, 014422 (2018).
6. A. P. Danilov, A. V. Scherbakov, B. A. Glavin, et al., Optically excited spin pumping mediating collective magnetization dynamics in a spin valve structure, Rhys. Rev. B 98, 060406® (2018).
7. K. Vahaplar, A. M. Kalashnikova, A. V. Kimel, et al., Ultrafast path for optical magnetization reversal via a strongly nonequilibrium state, Phys. Rev. Lett. 103, 117201 (2009).