Πώς οι παλμοί λέιζερ μπορούν να χειριστούν τη μαγνητισμό μέσω εξαιρετικά γρήγορης μεταφοράς ηλεκτρονίων
1. Απορρόφηση του παλμού λέιζερ:Όταν ένας παλμός λέιζερ Ultrashort, τυπικά στην περιοχή Femtosecond έως picosecond, χτυπά ένα μαγνητικό υλικό, απορροφάται από τα ηλεκτρόνια του υλικού μέσω διαφόρων μηχανισμών όπως η φωτοεξυπηρέτηση ή η απορρόφηση πολλαπλών ομοτόνων. Αυτή η απορρόφηση οδηγεί σε ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας ηλεκτρονίων.
2. Hot Electron Generation:Η απορροφημένη ενέργεια λέιζερ διεγείρει έναν μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων στο υλικό, δημιουργώντας κατάσταση μη ισορροπίας με υψηλή συγκέντρωση καυτών ηλεκτρονίων. Αυτά τα καυτά ηλεκτρόνια έχουν επαρκώς υψηλή ενέργεια για να ξεπεράσουν τα δυνητικά εμπόδια στις διεπαφές του υλικού.
3. Εξαρτώμενες διασκορπισμούς:Τα ζεστά ηλεκτρόνια που παράγονται από τον παλμό λέιζερ μπορούν να υποβληθούν σε διασκορπισμό εξαρτώμενη από το σπιν με τις μαγνητικές στιγμές των ατόμων του υλικού. Συγκεκριμένα, η περιστροφή των καυτών ηλεκτρονίων αλληλεπιδρά με τις μαγνητικές στιγμές των εντοπισμένων d-ηλεκτρονίων των μαγνητικών ατόμων.
4. Μεταφορά γωνιακής ορμής:Κατά τη διάρκεια αυτών των εξαρτώμενων συμβάντων σκέδασης που εξαρτώνται από την περιστροφή, η γωνιακή ορμή της περιστροφής των καυτών ηλεκτρονίων μεταφέρεται στα εντοπισμένα d-ηλεκτρόνια των μαγνητικών ατόμων. Αυτή η μεταφορά της γωνιακής ορμής περιστρέφεται μια ροπή στις μαγνητικές στιγμές των ατόμων, προκαλώντας τους να προσελκύσουν γύρω από τους εύκολους άξονες τους.
5. Δυναμική μαγνητισμού:Η μεταφορά της γωνιακής ορμής από τα ζεστά ηλεκτρόνια στα τοπικά d-ηλεκτρονικά οδηγεί στην πρεσβεία των μαγνητικών στιγμών, δημιουργώντας εξαιρετικά γρήγορη δυναμική μαγνητισμού. Η κατεύθυνση και το εύρος αυτής της πρεάνας εξαρτώνται από την πόλωση, την ένταση και τη διάρκεια του παλμού λέιζερ.
6. Μαγνητική εναλλαγή:Εάν ο παλμός λέιζερ έχει επαρκή ενέργεια και διάρκεια, η πρεσβεία των μαγνητικών στιγμών μπορεί να φτάσει σε μια κρίσιμη γωνία, οδηγώντας στην αναστροφή της κατεύθυνσης μαγνητισμού. Αυτό είναι κοινώς γνωστό ως αναστροφή μαγνητισμού που προκαλείται από την οπτική ή με λέιζερ.
7. Femtosecond Timescales:Τα χαρακτηριστικά χρονοδιαγράμματα για τη δυναμική μαγνητισμού που προκαλείται από STT είναι της τάξης των femtoseconds σε picoseconds, καθιστώντας την μια εξαιρετικά γρήγορη διαδικασία. Αυτό επιτρέπει τη χειραγώγηση της μαγνητισμού σε εξαιρετικά σύντομες χρονικές στιγμές.
Συνολικά, οι παλμοί λέιζερ μπορούν να μεταφέρουν τη γωνιακή ορμή περιστροφής στα εντοπισμένα d-ηλεκτρονικά μαγνητικά υλικά μέσω ροπής μεταφοράς περιστροφής, επιτρέποντας την εξαιρετικά γρήγορη χειραγώγηση και την εναλλαγή της μαγνητοποίησης. Αυτό ανοίγει τις δυνατότητες για την εξερεύνηση των θεμελιωδών πτυχών του μαγνητισμού, την ανάπτυξη συσκευών υψηλής ταχύτητας spintronic και τις τεχνολογίες προόδου όπως η μνήμη μαγνητικής τυχαίας πρόσβασης (MRAM) και τα εξαιρετικά γρήγορα κυκλώματα λογικής Spintronic.
