Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Развитие микроэлектроники в сторону повышения производительности устройств породило два “незарядовых” направления – фотонику, использующую в качестве носителя информации свет, и спинтронику, использующую спин электрона. Устройства фотоники обладают высоким быстродействием, а приборы спинтроники – энергонезависимостью. В первое десятилетие нынешнего века стало развиваться также направление, которое позволит объединить сильные стороны обоих ветвей микроэлектроники: магнитные устройства с быстродействием выше 10 ГГц, переключаемые с помощью фемтосекундных импульсов света.
Так изменение магнитной анизотропии, вызванное лазерным импульсом, приводит к переориентации спинов на временных масштабах порядка нескольких пикосекунд [1]. Однако этот способ имеет существенный недостаток: магнитная анизотропия безразлична к знаку проекции намагниченности на выделенную ось, так что конечная ориентация спина с 50% вероятностью может оказаться как “вверх”, так и “вниз”. Определенность может внести внешнее магнитное поле, которое снимает вырождение по энергии. Более изящным решением, позволяющим осуществить чисто оптическое управление намагниченностью, является использование циркулярно-поляризо-ванного света, передающего магнитной подсистеме момент импульса: в этом случае облученная область становится однородно намагниченной, причем направление магнитного момента противоположно для областей освещенных право- и лево поляризованным светом (рис. 1а). Механизмы явления до сих пор остаются не вполне ясными, в частности загадкой остается то, каким образом магнитная система “запоминает” поляризацию света, ведь на протяжении большей части времени эволюции системы лазерный импульс не действует.
Новые эксперименты на образцах ортоферритов (SmPr)FeO3, проведенные в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, МЭИ и Radboud Univ. Nijmegen (Голландия),позволяют лучше разобраться в механизмах эффекта [2]. В отличие от ранее наблюдавшихся фотоиндуцированных эффектов перемагничивания, в (SmPr)FeO3 излучение одной и той же поляризации может в зависимости от начальной температуры кристалла и мощности лазерного импульса порождать противоположно намагниченные области. Казалось бы, это обстоятельство только затемняет картину явления, однако за кажущейся запутанностью проступают определенные закономерности. Известно, что в ортоферрите (SmPr)FeO3 в температурном интервале 98-130 К происходит переориен-тация спинов на угол π/2. Лазерные импульсы с энергией порядка микроджоуля вызывают разогрев материала на несколько десятков градусов, что при надлежащем выборе начальной температуры оказывается достаточным для того, чтобы запустить процесс вращения спинов. Конечный результат вращения зависит от начальной фазы и времени спиновой прецессии, т.е. не только в какую сторону начнут вращаться спины (что определяется круговой поляризацией света), но и сколько оборотов сделает спин. Последнее же определяется начальной температурой кристалла и мощностью импульса лазера. Фазовая диаграмма, соответствующая этим двум параметрам, представлена на рис. 1б. Таким образом, становятся более понятными механизмы переключения намагниченности, вызванные светом.
Рис. 1. Намагничивание светом в (SmPr)FeO3 [1]. a - Магнитооптические изображения поверхности облученного материала: излучение противоположной круговой поляризации намагничивают среду противоположным образом. Плоскополяризованный свет (нижний ряд) порождает домены с противоположным направлением намагниченности. б - Фазовая диаграмма в координатах “интенсивность излучения – начальная температура” [2].
А. Пятаков
1.A.V.Kimel et al., Nature (London) 429, 850 (2004).
2.J.A. de Jong et al., Phys. Rev. Lett. 108, 157601 (2012).
