Att förstå den ultrasnabba manipulationen och dynamiken hos spinn i magnetiska material är avgörande för utvecklingen av nästa generations spintroniska enheter och teknologier. Laserdriven spindynamik i ferrimagneter, som är magnetiska material som består av två eller flera magnetiska subgitter med olika magnetiska moment, ger unika insikter i de grundläggande mekanismerna som styr rörelsemängdsöverföringen och avslappningsprocesserna i dessa material.

När ett ferrimagnetiskt material utsätts för en intensiv laserpuls kan interaktionen mellan laserljuset och materialets elektroniska system inducera olika spindynamikfenomen. Denna dynamik kan involvera precession av spinn runt ett effektivt magnetfält, generering och utbredning av spinnvågor och överföring av rörelsemängd mellan olika magnetiska subgitter.

En nyckelaspekt för att förstå laserdriven spindynamik är att spåra flödet av rörelsemängd inom det ferrimagnetiska materialet. Flera mekanismer bidrar till rörelsemängdsöverföring och avslappning:

1. Direkt excitation och överföring: Vid absorption av laserfotoner kan elektronerna i ferrimagneten exciteras till högre energitillstånd. Detta kan leda till överföring av rörelsemängd från de exciterade elektronerna till atomernas magnetiska moment, vilket får dem att precessera. De föregående snurren samverkar sedan med angränsande snurr och överför vinkelmomentum genom utbytesinteraktioner.

2. Omvänd Faraday-effekt: Den omvända Faraday-effekten är ett fenomen där cirkulärt polariserat ljus kan inducera en magnetiseringsförändring i ett material. I ferrimagneter kan absorptionen av cirkulärt polariserat ljus selektivt excitera spinn i ett magnetiskt subgitter samtidigt som det andra subgitteret lämnas opåverkat. Detta kan resultera i en netto rörelsemängdsöverföring mellan subgittren.

3. Spin-Orbit-koppling: Spin-omloppskoppling hänvisar till interaktionen mellan elektronernas spinn och omloppsrörelsemängd. I ferrimagneter kan spin-orbit-koppling leda till överföring av vinkelmomentum mellan spinn och gittret, vilket påverkar dynamiken i de magnetiska momenten.

4. Spinpumpning: Spinnpumpning är en process där spinn pumpas från ett magnetiskt lager till ett annat på grund av en precessionsinducerad spinnström. I ferrimagneter kan spinnpumpning ske mellan olika magnetiska subgitter eller mellan ferrimagneten och ett intilliggande omagnetiskt lager, vilket leder till överföring av vinkelmomentum mellan dessa regioner.

5. Magnon-Magnon-spridning: Magnon-magnon-spridning hänvisar till interaktioner och spridning av spinnvågor inom ett magnetiskt material. Dessa interaktioner kan leda till utbyte av energi och vinkelmoment mellan olika magnoner, vilket påverkar den övergripande spindynamiken.

Att förstå flödet av vinkelmomentum i laserdriven spindynamik är avgörande för att manipulera och kontrollera de magnetiska egenskaperna hos ferrimagneter på ultrasnabba tidsskalor. Genom att få kontroll över denna dynamik blir det möjligt att realisera nya spintroniska enheter med förbättrad prestanda och funktionalitet, såsom ultrasnabba magnetiska switchar, spinnbaserade logiska grindar och spintroniska oscillatorer.