Ultrafast Magnetization Dynamics

Beschreibung

Diese Dissertation behandelt die ultraschnelle Dynamik der Magnetisierung aus einer theoretischen Perspektive. Die Manipulation der Magnetisierung mit Hilfe des inversen Faraday-Effektes wird untersucht, wie auch magnetische Relaxationsprozesse in Quantenpunkten. Der inverse Faraday-Effekt — die Erzeugung eines magnetischen Feldes durch nichtresonantes, zirkular-polarisiertes Licht — bietet die M¨oglichkeit der Kontrolle und Schaltung der Magnetisierung auf einer Zeitskala von wenigen hundert Femtosekunden. Dies ist wichtig sowohl aus technologischen Erw¨agungen als auch f¨ur die Gewinnung eines tieferen Verst¨andnisses der grundlegenden Dynamik der Magnetisierung. Es gibt bis heute einige Aspekte des inversen Faraday-Effektes, die nicht gut verstanden sind. Insbesondere bleibt die Frage unbeantwortet, ob Licht allein eine Magnetisierung manipulieren kann oder ob eine zus¨atzliche Drehimpulsquelle notwendig ist. Diese Frage wird hier beantwortet: Der Lichtstrahl, der den inversen Faraday-Effekt bewirkt, stellt auch den Drehimpuls zur Verf¨ugung, der f¨ur Pr¨azession erforderlich ist. Keine andere Drehimpulsquelle ist notwendig. Dies bedeutet, dass die Kontrolle der Magnetisierung auf der Zeitskala eines Laser-Pulses, der sehr kurz sein kann, stattfindet. Selbst die Umkehr der Magnetisierung k¨onnte in diesem Zeitrahmen m¨oglich sein, vorausgesetzt, dass ein Material mit einer ausreichend starken magnetooptischen Antwort gefunden werden kann. Dies ist eine technische Herausforderung, kein grundlegendes Hindernis. Der Faraday-Effekt unter dem Einfluss optischer Doppelbrechung wird auch analysiert. Dieser Effekt wird benutzt um die Magnetisierungsdynamik in transparenten Medien auf einer ultraschnellen Zeitskala zu visualisieren. Transparente magnetische Materialien haben jedoch in der Regel eine komplexe Kristallstruktur und komplizierte optische Eigenschaften, die die Beziehung zwischen Faraday-Rotation und Magnetisierung verschleiern. Wir zeigen, dass der Faraday-Effekt verwendet werden kann, um die momentane Magnetisierung zu messen. Dies funktioniert auch unter dem Einfluss von Doppelbrechung, sofern bestimmte experimentelle Bedingungen erf¨ullt sind. In diesem Zusammenhang werden entsprechende experimentelle Methoden vorgeschlagen. Die Relaxation der Magnetisierung, vor allem die Relaxation eines Spins in einem Quantenpunkt, wird untersucht. Dieses Problem ist von großer Bedeutung im Gebiet des Quanten-Computing und “highly-multiplexed” optischer Speicher. Wir untersuchen die Wechselwirkung des Spins mit einer metallischen Elektrode und berechnen die Dephasingsund Dissipations-Raten. Wir stellen fest, dass die Relaxation unter den gegenw¨artigen experimentellen Bedingungen gegen¨uber der Spin-Phonon-Streuung vernachl¨assigt werden kann. Mit fortschreitender Miniaturisierung wird die Wechselwirkung mit den Elektroden jedoch an Bedeutung gewinnen

Autor*in

Simon Woodford

Themen in »Ultrafast Magnetization Dynamics«

Extended Systems Inverse Faraday Effect Small Systems

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