Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2025, выпуск 7 » Статья стр. 1317
<<<>>>
Сверхбыстрые фотоиндуцированные явления в магнитном полупроводнике EuO
Российский научный фонд, 24-12-00348
Усачёв П.А. 1, Шелухин Л.А. 1, Павлов В.В. 1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: Usachev@mail.ioffe.ru, Shelukhin@mail.ioffe.ru, Pavlov@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 6 марта 2025 г.
В окончательной редакции: 6 марта 2025 г.
Принята к печати: 5 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 18 августа 2025 г.
PDF версия
Представлены результаты исследования сверхбыстрых фотоиндуцированных явлений в собственном магнитном полупроводнике EuO с помощью метода двухцветной оптической накачки и зондирования. Экспериментальные данные демонстрируют возникновение фотоиндуцированной прецессии намагниченности в области температур ниже температуры Кюри, возбуждаемой циркулярно поляризованным светом. Выполнены численные оценки для двух возможных механизмов оптического возбуждения прецессии намагниченности, связанных с эффектом оптической ориентации и обратным эффектом Фарадея. На основе теоретического моделирования показано, что оптическая ориентация спина посредством электронного перехода 4f75d0->4f65d1 является запускающим механизмом прецессии намагниченности. Фотовозбуждение EuO светом с энергией фотонов больше энергии запрещенной зоны приводит к образованию магнитных поляронов за счет сильного обменного взаимодействия спина 5d1 электрона со спинами 4f-электронов. Выявлена динамика магнитных поляронов в диапазоне времен от нескольких пикосекунд до микросекунд. При температурах, немного превышающих температуру Кюри, установлено рекордно высокое значение магнитного момента полярона. Ключевые слова: фотоиндуцированные магнитооптические явления, эффект оптической ориентации, обратный эффект Фарадея, динамика намагниченности, магнитные поляроны, ферромагнитный полупроводник.
  1. A.V. Kimel, A.M. Kalashnikova, A. Pogrebna, A.K. Zvezdin. Phys. Rep. 852, 1 (2020)
  2. A. El-Ghazaly, J. Gorchon, R.B. Wilson, A. Pattabi. J. Bokor. J. Magn. Magn. Mater. 502, 166478 (2020)
  3. Л.П. Питаевский. ЖЭТФ, 39, 5, 1450 (1961)
  4. A.V. Kimel, A. Kirilyuk, P.A. Usachev, R.V. Pisarev, A.M. Balbashov, Th. Rasing. Nature 435, 655 (2005)
  5. A. Kirilyuk, A.V. Kimel, Th. Rasing. Rev. Mod. Phys. 82, 2731 (2010)
  6. P.S. Pershan, J.P. van der Ziel, L.D. Malmstrom. Phys. Rev. 143, 574 (1966)
  7. A.H.M. Reid, A.V. Kimel, A. Kirilyuk, J.F. Gregg, Th. Rasing. Phys. Rev. Lett. 105, 107402 (2010)
  8. D. Popova, A. Bringer, S. Blugel. Phys. Rev. B 85, 094419 (2012)
  9. F. Hansteen, A. Kimel, A. Kirilyuk, Th. Rasing. Phys. Rev. B 73, 014421 (2006)
  10. L.A. Shelukhin, V.V. Pavlov, P.A. Usachev, P.Yu. Shamray, R.V. Pisarev, A.M. Kalashnikova. Phys. Rev. B 97, 014422 (2018)
  11. E. Beaurepaire, J.-C. Merle, A. Daunois, J.-Y. Bigot. Phys. Rev. Lett. 76, 4250 (1996)
  12. F. Meyer, B.P. Zakharchenya (Eds.). Optical orientation, North Holland, Amsterdam, (1984), 523 p
  13. A. Kastler. J. Phys. Radium 11, 255 (1950)
  14. P. Nvemec, E. Rozkotova, N. Tesarova, F. Trojanek, E. De Ranieri, K. Olejnik, J. Zemen, V. Novak, M. Cukr, P. Maly, T. Jungwirth. Nat. Phys. 8, 411 (2012)
  15. P.A. Usachev, V.N. Kats, L.A. Shelukhin, V.V. Pavlov, D.V. Averyanov, I.S. Sokolov, O.E. Parfenov, O.A. Kondratev, A.N. Taldenkov, A.V. Inyushkin, A.M. Tokmachev, V.G. Storchak. Mater. Horiz. 12, 512 (2025)
  16. V.N. Kats, S.G. Nefedov, L.A. Shelukhin, P.A. Usachev, D.V. Averyanov, I.A. Karateev, O.E. Parfenov, A.N. Taldenkov, A.M. Tokmachev, V.G. Storchak, V.V. Pavlov. Appl. Mater. Today 19, 100640 (2020)
  17. J.C. Suits, K. Lee. J. Appl. Phys. 42, 3258 (1971)
  18. M. Matsubara, A. Schroer, A. Schmehl, A. Melville, C. Becher, M. Trujillo-Martinez, D.G. Schlom, J. Mannhart, J. Kroha, M. Fiebig. Nat. Commun. 6, 6724 (2015)
  19. F. Formisano, R. Medapalli, Y. Xiao, H. Ren, E.E. Fullerton, A.V. Kimel. J. Magn. Magn. Mater. 502, 166479 (2020)
  20. V.N. Kats, L.A. Shelukhin, P.A. Usachev, D.V. Averyanov, I.A. Karateev, O.E. Parfenov, A.N. Taldenkov, A.M. Tokmachev, V.G. Storchak, V.V. Pavlov. Nanoscale 15, 2828 (2023)
  21. V. Goian, R. Held, E. Bousquet, Y. Yuan, A. Melville, H. Zhou, V. Gopalan, P. Ghosez, N.A. Spaldin, D.G. Schlom, S. Kamba. Commun. Mater. 1, 74 (2020)
  22. S. Sugahara, M. Tanaka. US patent US7671433B2 (2010)
  23. L.D. Landau, E.M. Lifshits. Phys. Z. Sowjet. 8, 153 (1935)
  24. Г.В. Скроцкий. УФН 144, 4, 681 (1984)
  25. M. Farle. Rep. Prog. Phys. 61, 755 (1998)
  26. R.S. Hughes, G.E. Everett, A.W. Lawson. Phys. Rev. B 9, 2394 (1974)
  27. Y.R. Shen. The principles of nonlinear optics, Wiley-Interscience, New York, (1984)
  28. M.A. Kozhaev, A.I. Chernov, D.A. Sylgacheva, A.N. Shaposhnikov, A.R. Prokopov, V.N. Berzhansky, A.K. Zvezdin, V.I. Belotelov. Sci. Rep. 8, 11435 (2018)
  29. J. Schoenes. J. Magn. Soc. Jpn. 11 (Suppl. S1), 99 (1987)
  30. G. Guntherodt. Phys. Condens. Matter 18, 37 (1974)
  31. A.K. Zvezdin, V.A. Kotov. Modern magnetooptics and magnetooptical materials. CRC Press, Boca Raton, (1997)
  32. J.P. van der Ziel, P.S. Pershan, L.D. Malmstrom. Phys. Rev. Lett. 15, 190 (1965)
  33. M.M. Afanas'ev, M.E. Kompan, I.A. Merkulov. Sov. Phys. JETP 44, 1086 (1976)
  34. P. Wachter. Phys. Kond. Mater. 8, 80 (1968)
  35. J.O. Dimmock, J. Hanus, J. Feinleib. J. Appl. Phys. 41, 1088 (1970)
  36. P. Fumagalli, J. Schoenes. Magneto-optics: an introduction, De Gruyter, Berlin, Boston, (2021)
  37. T. Kasuya. CRC Critical Reviews on Solid State Sciences 3, 131 (1972)
  38. A.B. Henriques, M.A. Manfrini, P.H.O. Rappl, E. Abramof. Phys. Rev. B 77, 035204 (2008)
  39. G. Guntherodt. Phys. Cond. Matter 18, 37 (1974)
  40. S. Blundell. Magnetism in condensed matter, Oxford University Press, Oxford, (2001)
  41. S.C.P. van Kooten, X. Gratens, A.B. Henriques. Phys. Rev. B 103, 035202 (2021)
  42. V.V. Pavlov, R.V. Pisarev, S.G. Nefedov, I.A. Akimov, D.R. Yakovlev, M. Bayer, A.B. Henriques, P.H.O. Rappl, E. Abramof. J. Appl. Phys. 123, 193102 (2018)
  43. A.B. Henriques, A.R. Naupa, P.A. Usachev, V.V. Pavlov, P.H.O. Rappl, E. Abramof. Phys. Rev. B 95, 045205 (2017)
  44. P. Kuivalainen, J. Sinkkonen, T. Stubb. Phys. Stat. Sol. (b) 104, 299 (1981)
  45. A. Mauger. Phys. Rev. B 27, 2308 (1983)
  46. J.B. Torrance, M.W. Shafer, T.H. McGuire. Phys. Rev. Lett. 29, 1168 (1972)
  47. E.L. Nagaev. Phys. Stat. Sol. (b) 145, 11 (1988)
  48. J.M.D. Coey. Magnetism and magnetic materials, Cambridge University Press, Cambridge, (2009)
  49. P. Wachter. Europium chalcogenides: EuO, EuS, EuSe and EuTe, in Handbook on the physics and chemistry of rare earths, K.A. Gschneider, L.R. Eyring (Eds.), North-Holland, Amsterdam, (1979), P. 507
  50. D. Emin. Polarons, Cambridge University Press, (2012)
  51. D. Emin. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 494, 163 (1998)
  52. X. Gratens, Y. Ou, J.S. Moodera, P.H.O. Rappl, A.B. Henriques. Appl. Phys. Lett. 116, 152402 (2020)
  53. П.А. Усачёв, В.Н. Кац, В.В. Павлов. ФТТ 62, 9, 1454 (2020)
  54. A.B. Henriques, X. Gratens, P.A. Usachev, V.A. Chitta, G. Springholz. Phys. Rev. Lett. 120, 217203 (2018).

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme