Математична модель збудження спінового фотоструму у наноструктурах антиферомагнітних діелектриків.
Ключові слова:
наноструктури антиферомагнітних діелектриків, круговий фотогальванічний ефект, магнонний спіновий фотострум, циркулярно поляризоване світло, взаємодія другого порядку світла з речовиною, антисиметричний обмін, складні ґратчасті структури
Анотація
Розглянуто фізичні принципи, що лежать у основі фотогальванічного ефекту, який виникає внаслідок проходження циркулярно поляризованого світла у середовищі металу і виражається у генеруванні прямого фотоструму, напрям якого залежить від поляризації світла. Визначено особливості виникнення даного ефекту у структурах антиферомагнітних діелектриків, зазначено його нелінійність та запропоновано подальше використання у опто-спінтронних запам’ятовуючих пристроях і нанодетекторах електромагнітного поля. У рамках побудови математичного апарату розгляд спінового імпульсу було перенесено з фотонів на магнони. Таким чином, було вказано, що циркулярно поляризоване електромагнітне поле в рамках моделі генерує прямий спіновий фотострум магнона, причому напрям струму визначається спіральністю світла. Показано, що явище резонансу на базі загальних принципів нанофотоніки може бути представлено як взаємодія другого порядку поляризованого світла з речовиною. Розроблена математична модель була вдосконалена через врахування внеску геометричної організації складних ґратчастих структур антиферомагнітних діелектриків і явище антисиметричного обміну.
Посилання
Satoh, T., Iida, R., Higuchi, T., Fujii, Y., Koreeda, A., Ueda, H., ... & Ivanov, B. A. (2017). Excitation of coupled spin–orbit dynamics in cobalt oxide by femtosecond laser pulses. Nature communications, 8(1), 1-6.
Němec, P., Fiebig, M., Kampfrath, T., & Kimel, A. V. (2018). Antiferromagnetic opto-spintronics. Nature Physics, 14(3), 229-241.
Valev, V. K., Govorov, A. O., & Pendry, J. (2017). Chirality and Nanophotonics: Chirality and Nanophotonics (Advanced Optical Materials 16/2017). Advanced Optical Materials, 5(16).
Tang, Y., & Cohen, A. E. (2011). Enhanced enantioselectivity in excitation of chiral molecules by superchiral light. Science, 332(6027), 333-336.
Lovesey, S. W., Collins, J. T., & Collins, S. P. (2019). Superchiral photons unveil magnetic circular dichroism. Physical Review B, 99(5), 054428.
Bliokh, K. Y., Kivshar, Y. S., & Nori, F. (2014). Magnetoelectric effects in local light-matter interactions. Physical review letters, 113(3), 033601.
Canaguier-Durand, A., Hutchison, J. A., Genet, C., & Ebbesen, T. W. (2013). Mechanical separation of chiral dipoles by chiral light. New Journal of Physics, 15(12), 123037.
Starosta, K., Koike, T., Chiara, C. J., Fossan, D. B., & Vaman, C. (2002, April). Chirality and angular momentum coupling in odd-odd nuclei. In AIP Conference Proceedings (Vol. 610, No. 1, pp. 815-819). American Institute of Physics.
Lüth, H., & Ibach, H. (2003). Solid-state physics: an introduction to principles of materials science. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Proskurin, I., Ovchinnikov, A. S., Kishine, J. I., & Stamps, R. L. (2018). Excitation of magnon spin photocurrents in antiferromagnetic insulators. Physical Review B, 98(13), 134422.
Sharma, S., Blanter, Y. M., & Bauer, G. E. (2017). Light scattering by magnons in whispering gallery mode cavities. Physical Review B, 96(9), 094412.
Johansen, Ø., & Brataas, A. (2018). Nonlocal coupling between antiferromagnets and ferromagnets in cavities. Physical review letters, 121(8), 087204.
Nolting, W., & Ramakanth, A. (2009). Quantum theory of magnetism. Springer Science & Business Media.
Lin, W., Chen, K., Zhang, S., & Chien, C. L. (2016). Enhancement of thermally injected spin current through an antiferromagnetic insulator. Physical review letters, 116(18), 186601.
Takei, S., Moriyama, T., Ono, T., & Tserkovnyak, Y. (2015). Antiferromagnet-mediated spin transfer between a metal and a ferromagnet. Physical Review B, 92(2), 020409.
Khymyn, R., Lisenkov, I., Tiberkevich, V. S., Slavin, A. N., & Ivanov, B. A. (2016). Transformation of spin current by antiferromagnetic insulators. Physical Review B, 93(22), 224421.
Hoffmann, M. C., Khanna, V., & Cavalleri, A. (2010). Noncollinear Broadband Terahertz-pump—Terahertz-probe spectroscopy of semiconductors. International Conference on Ultrafast Phenomena. doi: 10.1364/up.2010.me42.
Hirori, H., Doi, A., Blanchard, F., & Tanaka, K. (2011). Single-cycle terahertz pulses with amplitudes exceeding 1 MV/cm generated by optical rectification in LiNbO 3. Applied Physics Letters, 98(9), 091106.
Kawano, M., & Hotta, C. (2019). Thermal Hall effect and topological edge states in a square-lattice antiferromagnet. Physical Review B, 99(5), 054422.
Okuma, N. (2018). Quantum Theory of Antiferromagnetic Opto-spintronics: Reciprocal and Nonreciprocal Magnons Coupled with Polarized Photons. arXiv preprint arXiv:1805.08226.
Owerre, S. A., Mellado, P., & Baskaran, G. (2019). Photoinduced Floquet topological magnons in Kitaev magnets. EPL (Europhysics Letters), 126(2), 27002.
Matusiak, M., Babij, M., Pomjakushina, E., & Conder, K. (2016). Wiedemann–Franz law in iron‐based superconductor Fe1+ dTe1− xSex. physica status solidi (b), 253(8), 1607-1611.
Kimura, T., Hamrle, J., Yang, T., & Otani, Y. (2005, April). Magnetization switching due to non-local spin injection into small ferromagnetic particle. In 2005 IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG) (pp. 133-134). IEEE.
Okubo, S., Ueda, T., Ohta, H., Zhang, W., Sakurai, T., Onishi, N., ... & Sakai, T. (2012). Dzyaloshinsky-Moriya interaction and field-induced magnetic order in an antiferromagnetic honeycomb lattice compound Bi 3 Mn 4 O 12 (NO 3) studied by high-field electron spin resonance. Physical Review B, 86(14), 140401.
Němec, P., Fiebig, M., Kampfrath, T., & Kimel, A. V. (2018). Antiferromagnetic opto-spintronics. Nature Physics, 14(3), 229-241.
Valev, V. K., Govorov, A. O., & Pendry, J. (2017). Chirality and Nanophotonics: Chirality and Nanophotonics (Advanced Optical Materials 16/2017). Advanced Optical Materials, 5(16).
Tang, Y., & Cohen, A. E. (2011). Enhanced enantioselectivity in excitation of chiral molecules by superchiral light. Science, 332(6027), 333-336.
Lovesey, S. W., Collins, J. T., & Collins, S. P. (2019). Superchiral photons unveil magnetic circular dichroism. Physical Review B, 99(5), 054428.
Bliokh, K. Y., Kivshar, Y. S., & Nori, F. (2014). Magnetoelectric effects in local light-matter interactions. Physical review letters, 113(3), 033601.
Canaguier-Durand, A., Hutchison, J. A., Genet, C., & Ebbesen, T. W. (2013). Mechanical separation of chiral dipoles by chiral light. New Journal of Physics, 15(12), 123037.
Starosta, K., Koike, T., Chiara, C. J., Fossan, D. B., & Vaman, C. (2002, April). Chirality and angular momentum coupling in odd-odd nuclei. In AIP Conference Proceedings (Vol. 610, No. 1, pp. 815-819). American Institute of Physics.
Lüth, H., & Ibach, H. (2003). Solid-state physics: an introduction to principles of materials science. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Proskurin, I., Ovchinnikov, A. S., Kishine, J. I., & Stamps, R. L. (2018). Excitation of magnon spin photocurrents in antiferromagnetic insulators. Physical Review B, 98(13), 134422.
Sharma, S., Blanter, Y. M., & Bauer, G. E. (2017). Light scattering by magnons in whispering gallery mode cavities. Physical Review B, 96(9), 094412.
Johansen, Ø., & Brataas, A. (2018). Nonlocal coupling between antiferromagnets and ferromagnets in cavities. Physical review letters, 121(8), 087204.
Nolting, W., & Ramakanth, A. (2009). Quantum theory of magnetism. Springer Science & Business Media.
Lin, W., Chen, K., Zhang, S., & Chien, C. L. (2016). Enhancement of thermally injected spin current through an antiferromagnetic insulator. Physical review letters, 116(18), 186601.
Takei, S., Moriyama, T., Ono, T., & Tserkovnyak, Y. (2015). Antiferromagnet-mediated spin transfer between a metal and a ferromagnet. Physical Review B, 92(2), 020409.
Khymyn, R., Lisenkov, I., Tiberkevich, V. S., Slavin, A. N., & Ivanov, B. A. (2016). Transformation of spin current by antiferromagnetic insulators. Physical Review B, 93(22), 224421.
Hoffmann, M. C., Khanna, V., & Cavalleri, A. (2010). Noncollinear Broadband Terahertz-pump—Terahertz-probe spectroscopy of semiconductors. International Conference on Ultrafast Phenomena. doi: 10.1364/up.2010.me42.
Hirori, H., Doi, A., Blanchard, F., & Tanaka, K. (2011). Single-cycle terahertz pulses with amplitudes exceeding 1 MV/cm generated by optical rectification in LiNbO 3. Applied Physics Letters, 98(9), 091106.
Kawano, M., & Hotta, C. (2019). Thermal Hall effect and topological edge states in a square-lattice antiferromagnet. Physical Review B, 99(5), 054422.
Okuma, N. (2018). Quantum Theory of Antiferromagnetic Opto-spintronics: Reciprocal and Nonreciprocal Magnons Coupled with Polarized Photons. arXiv preprint arXiv:1805.08226.
Owerre, S. A., Mellado, P., & Baskaran, G. (2019). Photoinduced Floquet topological magnons in Kitaev magnets. EPL (Europhysics Letters), 126(2), 27002.
Matusiak, M., Babij, M., Pomjakushina, E., & Conder, K. (2016). Wiedemann–Franz law in iron‐based superconductor Fe1+ dTe1− xSex. physica status solidi (b), 253(8), 1607-1611.
Kimura, T., Hamrle, J., Yang, T., & Otani, Y. (2005, April). Magnetization switching due to non-local spin injection into small ferromagnetic particle. In 2005 IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG) (pp. 133-134). IEEE.
Okubo, S., Ueda, T., Ohta, H., Zhang, W., Sakurai, T., Onishi, N., ... & Sakai, T. (2012). Dzyaloshinsky-Moriya interaction and field-induced magnetic order in an antiferromagnetic honeycomb lattice compound Bi 3 Mn 4 O 12 (NO 3) studied by high-field electron spin resonance. Physical Review B, 86(14), 140401.
Опубліковано
2020-05-18
Як цитувати
Федотов, В. (2020). Математична модель збудження спінового фотоструму у наноструктурах антиферомагнітних діелектриків . КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ: ОСВІТА, НАУКА, ВИРОБНИЦТВО, (39), 105-109. https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2020-39-18
Розділ
Автоматика та управління
