1. Absorption av laserpuls:När en ultrakort laserpuls, vanligtvis inom femtosekund till pikosekund, träffar ett magnetiskt material, absorberas det av materialets elektroner genom olika mekanismer såsom fotoexcitation eller multifotonabsorption. Denna absorption leder till en snabb ökning av elektrontemperaturen.
2. Generering av hetelektron:Den absorberade laserenergin exciterar ett stort antal elektroner i materialet, vilket skapar ett icke-jämviktstillstånd med en hög koncentration av heta elektroner. Dessa heta elektroner har tillräckligt hög energi för att övervinna de potentiella barriärerna vid materialets gränssnitt.
3. Spinnberoende spridning:Heta elektroner som genereras av laserpulsen kan genomgå spinnberoende spridning med de magnetiska momenten hos materialets atomer. Specifikt interagerar de heta elektronernas spinn med de magnetiska momenten hos de magnetiska atomernas lokaliserade d-elektroner.
4. Överföring av spinnvinkelmomentum:Under dessa spinnberoende spridningshändelser överförs spinnvinkelmomentet för de heta elektronerna till de lokaliserade d-elektronerna hos de magnetiska atomerna. Denna överföring av rotationsrörelsemängd utövar ett vridmoment på atomernas magnetiska moment, vilket får dem att precessera runt sina lätta axlar.
5. Magnetiseringsdynamik:Överföringen av spinnvinkelmomentum från de heta elektronerna till de lokala d-elektronerna leder till precession av de magnetiska momenten, vilket ger upphov till ultrasnabb magnetiseringsdynamik. Riktningen och amplituden för denna precession beror på laserpulsens polarisation, intensitet och varaktighet.
6. Magnetisk växling:Om laserpulsen har tillräcklig energi och varaktighet, kan precessionen av de magnetiska momenten nå en kritisk vinkel, vilket leder till omkastning av magnetiseringsriktningen. Detta är allmänt känt som helt optisk omkoppling eller laserinducerad magnetiseringsomkastning.
7. Femtosekunders tidsskalor:De karakteristiska tidsskalorna för STT-inducerad magnetiseringsdynamik är i storleksordningen femtosekunder till pikosekunder, vilket gör det till en ultrasnabb process. Detta möjliggör manipulering av magnetisering på exceptionellt korta tidsskalor.
Sammantaget kan laserpulser överföra spin-vinkelmomentum till de lokala d-elektronerna i magnetiska material via spin-överföringsmoment, vilket möjliggör ultrasnabb manipulation och omkoppling av magnetisering. Detta öppnar upp möjligheter för att utforska grundläggande aspekter av magnetism, utveckla höghastighetsspintroniska enheter och avancerade teknologier som magnetiskt slumpmässigt minne (MRAM) och ultrasnabba spintroniska logiska kretsar.
