Lorsqu'un matériau ferrimagnétique est soumis à une impulsion laser intense, l'interaction entre la lumière laser et le système électronique du matériau peut induire divers phénomènes de dynamique de spin. Ces dynamiques peuvent impliquer la précession de spins autour d'un champ magnétique effectif, la génération et la propagation d'ondes de spin et le transfert de moment cinétique entre différents sous-réseaux magnétiques.
Un aspect clé de la compréhension de la dynamique de spin pilotée par laser consiste à suivre le flux de moment cinétique dans le matériau ferrimagnétique. Plusieurs mécanismes contribuent au transfert du moment cinétique et à la relaxation :
1. Excitation directe et transfert : Lors de l’absorption des photons laser, les électrons du ferrimagnétique peuvent être excités vers des états d’énergie plus élevés. Cela peut conduire au transfert du moment cinétique des électrons excités vers les moments magnétiques des atomes, provoquant leur précession. Les spins en précession interagissent ensuite avec les spins voisins, transférant le moment cinétique via des interactions d'échange.
2. Effet Faraday inverse : L'effet Faraday inverse est un phénomène dans lequel la lumière polarisée circulairement peut induire un changement de magnétisation dans un matériau. Dans les ferrimagnétiques, l'absorption de la lumière polarisée circulairement peut exciter sélectivement les spins d'un sous-réseau magnétique tout en laissant l'autre sous-réseau inchangé. Cela peut entraîner un transfert net de moment cinétique entre les sous-réseaux.
3. Couplage spin-orbite : Le couplage spin-orbite fait référence à l’interaction entre le spin et le moment cinétique orbital des électrons. Dans les ferrimagnétiques, le couplage spin-orbite peut conduire au transfert de moment cinétique entre les spins et le réseau, affectant la dynamique des moments magnétiques.
4. Pompage par rotation : Le pompage de spin est un processus dans lequel les spins sont pompés d'une couche magnétique à une autre en raison d'un courant de spin induit par la précession. Dans les ferrimagnétiques, le pompage de spin peut se produire entre différents sous-réseaux magnétiques ou entre le ferrimagnétique et une couche non magnétique adjacente, conduisant au transfert de moment cinétique entre ces régions.
5. Diffusion Magnon-Magnon : La diffusion magnon-magnon fait référence aux interactions et à la diffusion des ondes de spin dans un matériau magnétique. Ces interactions peuvent conduire à un échange d’énergie et de moment cinétique entre différents magnons, affectant la dynamique globale de spin.
Comprendre le flux du moment cinétique dans la dynamique de spin pilotée par laser est essentiel pour manipuler et contrôler les propriétés magnétiques des ferriaimants sur des échelles de temps ultrarapides. En prenant le contrôle de cette dynamique, il devient possible de réaliser de nouveaux dispositifs spintroniques dotés de performances et de fonctionnalités améliorées, tels que des commutateurs magnétiques ultrarapides, des portes logiques basées sur le spin et des oscillateurs spintroniques.
