Polarisation-dependent single-pulse ultrafast optical switching of an elementary ferromagnet
在飞秒（甚至更快）时间尺度上对物质磁态的最终控制定义了未来信息技术最追求的范式转变之一。在这种情况下，超快激光脉冲发展成为非常有价值的刺激全光磁化反转亚铁磁和铁磁合金和多层膜，而这仍然是难以捉摸的基本铁磁体。在这里，我们表明，一个单一的激光脉冲与亚皮秒持续时间可以导致散装镍的磁化反转，在串联与预期的退磁。正如现实的时间相关的电子结构模拟所揭示的那样，中心机制是作用于磁化强度的超快光致扭矩，只有当激光脉冲在包含磁化强度初始取向的平面上圆偏振时，这种扭矩才有效。我们映射的激光脉冲参数空间，使磁化切换和揭示丰富的原子内轨道依赖的磁化动力学具有瞬态轨道间非共线状态。我们的研究结果为有效实现基于光学的自旋电子器件开辟了进一步的前景。
2021-04-28 cond-mat.mes-hall
Terahertz antiferromagnetic dynamics induced by ultrafast spin currents
本文研究铁磁金属/反铁磁绝缘体双层膜，证实超快自旋电流可在皮秒尺度将磁信息传入反铁磁自旋波，为超快磁信息操控开辟新途径。
2024-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nutation Wave as a Platform for Ultrafast Spin Dynamics in Ferromagnets
在短时间尺度的惯性项成为相关的铁磁体的磁化动力学，并导致章动的磁化矢量。对于空间扩展的磁系统的情况下，例如海森堡自旋链与各向同性自旋交换相互作用，这导致了一种新的集体激发的外观，“章动波”，其属性阐明的分析参数和数值研究。单粒子激发可以被认为是相对论性的大质量粒子。这些粒子，即“章动子”，通过波与涌现的拓扑规范场的相互作用，通过布鲁特-恩格勒-希格斯机制获得它们的质量。在非弹性中子散射实验中，这种自旋激发将在散射结构因子谱中出现一个峰值。章动波的高频率和高速度可以为实现超快自旋动力学开辟新的途径。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Picosecond Spin-Orbit Torque Induced Coherent Magnetization Switching in a Ferromagnet
本研究通过避免磁畴成核过程并相干驱动磁化，实验实现了无孵化延迟的皮秒级超快自旋轨道力矩诱导铁磁体翻转，完全翻转仅需约250 ps，为大幅提升SOT-MRAM器件写入速度提供了潜在途径。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single shot ultrafast all optical magnetization switching of ferromagnetic Co/Pt multilayers
在最近的一些实验中，已经表明飞秒激光脉冲可以在皮秒时间尺度上控制磁化，这与传统的磁化动力学相比至少快一个数量级。在这些演示中，一种材料系统（GdFeCo铁磁膜）是特别有趣的，因为确定性的切换开关的磁顺序已经实现，而不需要任何对称性破缺磁场。这种现象通常被称为全光开关（AOS）。然而，到目前为止，GdFeCo仍然是唯一的材料系统，这种确定性开关已被观察到。当扩展到在许多技术应用中更感兴趣的铁磁系统时，只能实现部分效果，这反过来又需要重复的激光脉冲来实现完全切换。然而，这种重复的脉冲不仅消耗能量，而且还否定了AOS的速度优势。基于这一问题，我们发展了一种实现单次、皮秒量级、全光开关的铁磁材料的通用方法。我们证明，在交换耦合层的Co/Pt和GdFeCo，Single Shot，切换的铁磁Co/Pt层的飞秒激光脉冲照射后7皮秒内实现。我们相信，这种方法将大大扩展超快磁开关的材料和应用范围。
2017-07-30 cond-mat.mes-hall
Ultrafast perturbation of magnetic domains by optical pumping in a ferromagnetic multilayer
空间非均匀磁织构的超快光抽运会引起远离平衡态的自旋输运效应。在这里，我们使用前所未有的动态范围的超快X射线衍射研究铁磁CoFe/Ni多层膜中的迷宫畴网络的激光诱导动力学。我们检测到方位各向同性，奇数阶，磁衍射环高达5阶。所有三个衍射环的振幅在1.6ps内淬灭到不同程度。此外，所有三个检测到的衍射环都加宽了15%，径向收缩6%，在淬火过程中。我们能够严格量化的31%的超快加宽的畴壁通过傅立叶分析的顺序依赖淬火的三个检测到的衍射环。衍射环的加宽被解释为域相干长度的减少，但是环半径的偏移，虽然在其发生时是明确的，但仍然无法解释。特别是，我们证明，可以排除由畴壁加宽解释的径向位移。与前所未有的动态范围内的数据，我们的研究结果提供了令人信服的证据，迷宫域结构的空间扰动在超快的速度下远离平衡条件下，虽然诱导扰动的机制仍有待澄清。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall
On Ultrafast Spin Dynamics: Spin Dependent Fast Response of Hot Electrons, of Band--Structure
多数和少数电子发生不同的能量转移。因此，例如在（激光）激发铁磁金属的情况下，多数电子和少数电子可以在闭合交换分裂期间在时间上不同地响应。由于电子相互作用，热电子的自旋翻转跃迁导致自旋分裂态的准杂化。在巡回铁磁金属中也是这种情况，这是由于在具有指向磁化方向（+）和相反方向（-）的磁矩以及具有能级$\varepsilon^+_{iσ}$和$\varepsilon^-_{iσ}$的位置之间的跳跃。由于能量的原因，分子场不对称地作用于电子的自旋和自旋翻转跃迁，从而导致少数和多数电子的不同寿命和自旋相关的电子能量转移。在非平衡态下，处于自旋分裂态的少数热电子比多数热电子响应得快。作用在自旋上的分子场延迟自旋翻转跃迁$\uparrow \rightarrow \downarrow$，从而延迟热多数电子及其能级的响应。铁磁过渡态和稀土金属、铁磁半导体、铁磁薄膜中自旋分裂量子阱态等的电子谱中交换分裂的闭合将反映这一点。电子在非平衡态下随时间和自旋的能量转移可能会引起有趣的行为，特别是磁隧道结、自旋电流等。在铁磁体中，平行于整体磁化方向的（局部）磁矩的磁矩反转寿命大于指向相反方向的磁矩。
2013-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast surface carrier dynamics in the topological insulator Bi2Te3
讨论了飞秒激光激发下拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_3$表面电子结构的超快演化.使用时间和角度分辨的光电子能谱学，我们提供了一个直接的实时可视化的瞬态载流子人口的表面状态和体导带。我们发现，表面态的热化最初是由带间散射从体导带，持续约0.5 ps;随后，几个ps是必要的狄拉克锥非平衡电子恢复费米-狄拉克分布，而他们的弛豫超过10 ps。我们的测量的表面灵敏度使得它可以估计的散装表面带间散射通道的范围，表明该过程是有效的超过5 nm或less. This的距离建立了散装电荷水库的纳米级厚度和超快载流子动力学的演变之间的相关性在表面狄拉克锥。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast helicity control of surface currents in topological insulators with near-unity fidelity
近年来，出现了一类称为三维拓扑绝缘体的固态材料。在本体中，拓扑绝缘体的行为与带隙的普通绝缘体一样。在表面，存在导电的无带隙状态，显示出显著的性质，如螺旋狄拉克色散和抑制自旋极化的载流子的背散射。通过传输实验表征和控制表面状态往往受到阻碍，但在低温下的剩余散装贡献。在这里，我们表明，在Bi 2 Se 3的表面电流可以控制圆偏振光在皮秒的时间尺度上的保真度接近统一，即使在室温下。我们揭示了这种超快的螺旋度依赖的表面电流的时间分离的光致热电和漂移电流的散装。我们的研究结果揭示了基于拓扑绝缘体表面电流的超快光电子器件的功能。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast magneto-photocurrents in GaAs: Separation of surface and bulk contributions
我们诱导超快磁光电流在GaAs晶体采用带间激发飞秒激光脉冲在室温下和非侵入性分离的表面和整体电流响应的贡献。不同的对称性贡献之间的分离是通过测量同时发射的太赫兹辐射不同的样品取向。线偏振和圆偏振激发的磁光电流的激发强度和光子能量依赖性揭示了不同微观起源的参与，其中之一，我们认为是逆自旋霍尔效应。我们的实验对于更好地理解磁场中复杂的动量-空间载流子动力学具有重要意义。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast transient dynamics in composite multiferroics
本文从理论上研究了耦合铁电/铁磁复合材料在光致声应变脉冲激励下的动态多铁性响应。两个磁电机制被认为是：界面应变和电荷介导的磁电耦合。前者分别通过磁致伸缩效应和压电效应在几十皮秒内实现退磁、去极化和复极化。电荷磁电相互作用影响铁电/铁磁反馈响应，导致磁化恢复。基于时间分辨x射线衍射的实验实现建议。研究结果表明，复合多铁性材料的光操纵，高速，多态电子器件的潜力。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall
Ultrafast spin-currents and charge conversion at 3d-5d interfaces probed by time-domain terahertz spectroscopy
自旋电子结构被广泛研究其自旋轨道扭矩属性，所需的磁换向功能。这些材料目前的进展依赖于界面工程的自旋传输的优化。在这里，我们提出的超快自旋电荷转换现象的分析，在铁磁过渡金属界面，由于其逆自旋霍尔效应的性质。特别是Pt基体系的本征逆自旋霍尔效应和NiFe/Au：（W，Ta）双层膜中Au：W和Au：Ta的非本征逆自旋霍尔效应。的自旋-电荷转换探测的互补技术-超快太赫兹时域光谱在动态制度的太赫兹脉冲发射和铁磁共振自旋泵浦测量在GHz制度的稳定状态-以确定所发挥的作用的材料特性，结晶度，自旋传输在金属界面和自旋翻转率。这些测量结果显示了太赫兹时域光谱和铁磁自旋泵的自旋混合电导方面的不同的一组样品之间的对应关系。后一个量是一个关键参数，决定了自旋电子界面的太赫兹辐射强度。这是进一步支持的从头计算，模拟和分析的自旋扩散和自旋弛豫的载流子在时域中的多层膜内，允许确定的主要趋势和作用的自旋传输接口。这项工作表明，基于自旋的太赫兹发射的时域光谱是一种强大的技术，探测自旋动力学在活跃的自旋电子界面，并提取关键的材料特性的自旋电荷转换。
2020-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coherent surface-to-bulk vibrational coupling in the 2D topologically trivial insulator Bi2Se3 monitored by ultrafast transient absorption spectroscopy
二维拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3 [带隙狄拉克表面态（SS）]中的超快载流子弛豫以及它如何继承三维TI Bi 2Se 3（无隙狄拉克SS）中的超快弛豫仍然是开发基于这些材料的新光电子器件的挑战。本文采用波长约340 nm（光子能量约3.65 eV）的超短（100 fs）抽运脉冲，在紫外-可见光谱区（1.65 - 3.85 eV）利用瞬态吸收（TA）光谱研究了厚度分别为2和5个五层（约2和约5 nm）的二维TI Bi 2Se 3薄膜中的超快电子弛豫。TA光谱的负贡献和正贡献分别归因于主要发生在体态的吸收漂白和表面态的逆韧致辐射型自由载流子吸收。由于这种直接和选择性地访问的散装和表面载流子的动力学，我们能够监测相干纵向光学（LO）声子振荡，这是连续推出的散装和表面状态的前放松电子人口内的LO-声子级联发射。我们还认识到，通过相干LO-声子振荡的相位相关的振幅变化出现的相干表面到体振动耦合。这种独特的行为主要表现在2D TI Bi 2Se 3（2 nm厚的膜）在光子能量范围（~2.0 - 2.25 eV）中的拓扑平凡绝缘体相，其中在体态和表面态之间发生有效的能量交换。我们还发现，相干的表面到体的振动耦合显着减弱与增加的Bi 2Se 3膜的厚度和泵浦功率。
2022-03-23 cond-mat.mes-hall
Ultrafast creation and melting of nonequilibrium excitonic condensates in bulk WSe$_{2}$
研究了WSe体材料$_{2}$在与最低能量激子共振的相干光照射下形成的非平衡激子共辄的屏蔽动力学。谷间散射导致电子从光学填充的K谷迁移到$Σ$处的导带最小值。由于在K点处的电子-空穴不平衡，准自由空穴的等离子体发展，这有效地屏蔽了剩余激子的相互作用。我们表明，这种等离子体屏蔽导致超快熔化的非平衡共识，并在熔化相干激子和准自由电子空穴对共存。时间分辨的光谱函数表现出相反的凸性和相对光谱权重随时间变化的传导和激子边带。随时间变化的传导密度对激光强度的依赖关系和时间分辨的光谱函数都与最近的实验结果一致。
2020-11-24 cond-mat.mes-hall
Impact of ultrafast transport on the high-energy states of a photoexcited topological insulator
三维拓扑绝缘体（TI）中的超快动力学为将信息传输速度提高到比现代电子学快数千倍的频率开辟了新途径。然而，到目前为止，解开这些材料的亚皮秒动力学的散装和表面运输的确切贡献仍然是一个困难的挑战。在这里，使用时间和角度分辨的光电发射，我们表明，驱动TI从散装导电到散装绝缘运输制度允许选择性地打开和关闭的紧急通道之间的表面和散装的超快运输。因此，我们建立了超快运输的主要驱动机制之一，负责衰变的激发电子在原型TI激光激发。我们进一步展示了超快输运如何强烈影响激发态的热化和散射动力学，直到费米能级以上的高能量。特别是，我们观察到如何抑制传输通道导致的热化瓶颈，大大减缓了电子-空穴复合通过电子-电子散射。我们的研究结果铺平了道路，利用超快传输控制热化时间尺度在TI为基础的光电应用，并扩大了功能的TI作为本征太阳能电池。
2018-09-21 cond-mat.mes-hall
Ultrafast demagnetization in the sp-d model: a theoretical study
提出并分析了局域自旋系统中超快光致磁化动力学的理论模型，局域自旋通过sp-d交换相互作用与载流子自旋耦合。属于这一类别的一类材料的一个突出例子是铁磁（III，Mn）V半导体，其中最近已经观察到超快退磁。在提出的模型中，光激发会加热载流子的数量，使其与局域自旋失去平衡。这触发了两个自旋系统之间的能量和角动量交换过程，该过程持续载流子的能量弛豫期间。我们导出了局域自旋与热载流子相互作用的密度矩阵的主方程，并将其与载流子动力学的唯象处理耦合起来。我们在sp-d模型中发展了一个一般理论，并将其应用于铁磁半导体，同时考虑了这些材料的价带结构。我们表明，快速自旋弛豫的载体可以维持本地化和巡回自旋之间的极化流导致显着的本地化自旋系统的退磁，观察到（III，Mn）V材料。
2007-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical Excitation of a Persistent Surface-State Population in the Topological Insulator Bi2Se3
利用飞秒时间和角度分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的非平衡动力学行为。我们研究了p型Bi_2Se_3，其中金属狄拉克表面态和体导带未被占据。光学激发导致在体导带边缘处的亚稳态布居，其供给表面态的非平衡布居，该非平衡布居持续>10ps。这种具有自旋纹理的金属狄拉克表面态的异常长寿的人口可能会提供一个驱动瞬态自旋极化电流的通道。
2012-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast relaxation of acoustic and optical phonons in a topological nodal-line semimetal ZrSiS
尽管是研究最多的节线半金属，一个清晰的理解的瞬态弛豫动力学和潜在的机制，在ZrSiS是缺乏。利用时间和角度分辨的光电子能谱，我们研究了ZrSiS的超快弛豫动力学，揭示了一个独特的松弛在体相线状态，这是很好地捕获的一个简单的模型的基础上的光学和声学声子冷却。我们发现线性衰减过程的光学和声学声子弛豫声冷却抑制在高温下。我们的研究结果揭示了不同的衰减机制的体和表面状态，并铺平了道路，以了解在这种材料的导电机制。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electronic heat dissipation through surface-to-bulk Coulomb coupling in quantum materials
电子冷却的时间尺度是控制用于光电、热电和热管理应用的基于量子材料的器件的性能的重要参数。在大多数常规材料中，冷却通过声子的发射进行，这是一个相对缓慢的过程，可以限制载流子弛豫动力学，从而降低器件性能。在这里，我们提出了近场辐射传热的理论，发生时，一个二维的电子系统是通过非延迟库仑相互作用耦合到一个三维的散装，可以表现为一个非常有效的电子散热器。我们应用我们的理论来研究三维拓扑绝缘体的表面态的冷却动力学，以及石墨烯在接近小能隙块状材料。我们引入的“库仑冷却”是传统声子介导冷却的替代方案，可以非常有效，并在某些情况下主导冷却动力学。我们表明，这种冷却机制可以导致亚皮秒的时间尺度，显着快于通常在狄拉克材料中观察到的冷却动力学。
2022-06-18 cond-mat.mes-hall
Ultrafast light-driven optical rotation and hidden orders in bulk WSe$_2$
本文通过圆偏振光在块体WSe$_2$中实现了超快、宽带的Kerr旋转，揭示了由隐藏的自旋/层/谷量子纠缠及选择性Pauli阻塞驱动的光学特性，证明了隐藏量子纠缠在中心对称块体材料中同样有效，为其光电应用开辟了道路。
2024-11-17 cond-mat.mes-hall
Optically-induced frequency up-conversion of the ferromagnetic resonance in an ultrathin garnet
我们进行超快泵浦-探测测量纳米厚的晶体Bi掺杂钇铁石榴石薄膜与垂直磁各向异性。调谐泵浦激光脉冲的光子能量高于和低于材料的带隙，我们通过单光子和双光子吸收触发超快光学和自旋动力学。与常见的情况相反，系统的光致加热引起铁磁共振频率增加高达20%。我们解释这一意想不到的结果的磁各向异性的光致修改，即有效字段，确定观察这种效果的必要条件。我们的研究结果揭示了在纳米厚磁体中光学增加磁本征频率的可能性。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall
Detecting bulk carbon ferromagnetism in graphene multi-edge structure
本研究通过生长垂直排列石墨烯多边缘结构，结合磁化曲线与XMCD光谱证实室温体碳铁磁性，排除杂质干扰，揭示其源于边缘π电子。
2023-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond acoustic excitation driven ultrafast magnetization dynamics in dielectric Bi-substituted yttrium iron garnet
利用飞秒光脉冲，我们研究了超快磁化动力学诱导的铋取代钇铁石榴石（Bi-YIG）埋在厚的Cu/Pt金属双层的介质膜。我们发现，从Pt表面激发样品发射声应变脉冲传播到石榴石膜。我们发现，这种应变脉冲在铁磁共振的频率下在Bi-YIG中引起相干磁化进动。观察到的现象可以解释通过逆磁致伸缩效应的磁晶各向异性的应变引起的变化。这些发现为复杂异质结构器件中磁性石榴石的磁化控制开辟了新的视角。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Spinor Kadanoff-Baym Approach to Nonequilibrium Electron, Phonon and Magnon Dynamics in Itinerant Ferromagnets
Department of Physics, University of Trento（特伦托大学物理系）
基于自旋空间的卡达诺夫-贝姆方程，从头算框架下统一处理巡游铁磁体中的电子、声子和磁子超快动力学，实现相干与非相干磁动力学的同等描述。
2026-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic interfacial effects in ultrathin ferromagnetic bilayers
该研究结合 TR-MOKE 测量与 μT 模拟，揭示 Co/Py 超薄双层膜在 fs 与 ns 尺度下界面耦合由解耦退磁转向协同进动的动态机制。
2025-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Terahertz Conductivity Probes of Topologically Enhanced Surface Transport Driven by Mid-Infrared Laser Pulses in Bi$_2$Se$_3$
最近在三维拓扑绝缘体（TI）表面上发现的具有拓扑保护的极限薄度电荷输运在基础量子科学和变革性技术中开辟了新天地。然而，一个挑战仍然是如何隔离和解开螺旋自旋输运的表面从体传导。在这里，我们表明，选择性中红外飞秒光激发的独家带内电子跃迁在低温下的拓扑增强太赫兹（THz）的表面输运掺杂Bi 2Se 3的基础上，没有复杂的带间激发或需要控制掺杂。独特的，热电子状态的特征在于保守的人口的表面/体带和频率依赖的热载流子冷却时间，直接区分更快的表面通道比散装。我们确定了体散射率和表面散射率之间的拓扑增强比，即，平衡时$γ_\text{BS}/γ_\text{SS}\sim$为3.80。这些行为是不存在的晶格温度升高，高泵浦光子频率和uences。选择性的，中红外诱导的太赫兹电导率提供了一个新的范例来表征TI，并可能适用于新兴的拓扑半金属，以分离与Weyl节点从其他散装带连接的运输。
2018-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast carrier dynamics in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
瞬态反射率测量的薄膜，从6到40 nm的厚度范围内，的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的载流子弛豫时间上的膜厚度显示出很强的依赖性。对于较厚的膜，弛豫动力学与体相Bi2Se3的弛豫动力学相似，其中体绝缘相的贡献大于表面金属相的贡献。载流子弛豫时间随着膜厚度的减小而缩短，达到与贵金属相当的值。这种效应可能是由于狄拉克锥态在相对表面的最薄的膜的杂交。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall
Ab initio dynamical exchange interactions in frustrated anti-ferromagnets
利用含时自旋密度泛函理论研究了过渡金属反铁磁体中自旋-自旋交换相互作用对光脉冲激发的超快响应.我们提出了一个配方的纯动力学交换相互作用，这是非本地的空间，它是从{ \it从头开始}参数。然后，我们研究了激光脉冲对动力学过程的影响。我们发现，我们可以区分两种类型的激发，都立即激活后的激光脉冲的行动。虽然第一个可以与类斯通激发相关联，并涉及自旋从一个位置转移到另一个位置，但第二个与海森堡交换相互作用的超快修改有关，并可以在时间演化的前几百飞秒内触发自旋波的形成。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall
Spin injection efficiency at metallic interfaces probed by THz emission spectroscopy
太赫兹（THz）自旋-电荷转换已经成为产生THz脉冲的一个越来越重要的过程，并作为探测磁界面处超快自旋相互作用的工具。然而，它与传统的稳态铁磁共振技术的关系却知之甚少。在这里，我们调查纳米三层的Co/X/Pt（X=Ti，Au或Au 0：85 W 0：15）作为“X”层厚度的函数，其中由逆自旋霍尔效应产生的太赫兹发射相比，吉尔伯特阻尼的铁磁共振。通过插入的“X”层，我们表明，注入非磁性层的超快自旋电流定义了一个直接的自旋电导，而吉尔伯特阻尼导致一个有效的自旋混合电导的三层。重要的是，我们表明，这两个参数是相互连接的，自旋记忆损失可以通过一个有效的哈密顿与Rashba字段建模。这项工作突出了磁路概念可以成功地扩展到超快自旋电子器件，以及通过超快THz光谱和稳态技术之间的互补性增强对自旋电荷转换过程的理解。
2021-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental evidence of inertial dynamics in ferromagnets
理解自旋如何在皮秒和飞秒时间尺度上移动是凝聚态物理中许多现代研究的目标，这对超快和更节能的数据存储有影响。然而，对这一现象背后的物理学的有限理解阻碍了基于它实现商业技术的可能性。最近，有人建议在这些超快时间尺度下的自旋动力学的完整描述中应考虑惯性效应，但在铁磁体中仍然缺乏对这种效应的清晰观察。在这里，我们报告的第一个直接的实验证据的惯性自旋动力学在铁磁薄膜的形式的章动的磁化强度在频率约为0.6太赫兹。这使我们能够证明，在铁磁体的角动量弛豫时间是在10 ps的顺序。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall
Uniaxial polarization analysis of bulk ferromagnets: Theory and first experimental Results
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）；Monash University（蒙纳士大学）；Rutherford Appleton Laboratory（鲁瑟福阿普尔顿实验室）
本研究基于Brown微磁学静力学方程计算块体磁性材料散射中子束的单轴极化，结合软磁纳米晶合金实验数据验证，构建了微磁学SANS理论框架，为磁性微结构中子数据分析提供新路径。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double circular dichroism high harmonic spectroscopy: An ultrafast probe for topological photocurrents
University of Applied Sciences Koblenz（科布伦茨应用科学大学）；Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本文提出双圆二色高阶谐波光谱作为研究拓扑材料超快动力学的全新方法，通过操控泵浦和探测光的旋向，分离体态与边缘态对光电流的贡献，为拓扑物理应用提供新工具。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Interfacial effects revealed by ultrafast relaxation dynamics in BiFeO$_{3}$/YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7}$ bilayers
用时间分辨泵浦-探测技术研究了在（001）SrTiO $_{3}$衬底上生长的多铁性BiFeO $_{3}$（BFO）和超导性YBa $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{7}$（YBCO）双层薄膜异质结构的弛豫动力学随温度的变化，并与相同生长条件下生长的纯YBCO薄膜的弛豫动力学进行了比较.发现YBCO的超导电性保留在异质结构中。我们观察到的异质结构的超导态的YBCO复合动力学的加速，并将其归因于磁化数据中观察到的BFO/YBCO界面处的弱铁磁性的存在。Rothwarf-Taylor模型的扩展被用来拟合BFO/YBCO的超快动力学，该模型模拟了YBCO超导状态下铁磁界面层中增加的准粒子占据。
2016-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Laser-induced terahertz spin transport in magnetic nanostructures arises from the same force as ultrafast demagnetization
激光诱导的太赫兹自旋输运（TST）和超快退磁（UDM）是飞秒磁性和太赫兹自旋电子学中的核心现象，但迄今为止是不相关的。在这里，我们使用宽带太赫兹发射光谱在一个设置中可靠地测量这两个过程。我们发现，单个铁磁金属层F的UDM速率与从F到相邻正常金属层N的TST通量具有相同的时间演化。这种惊人的一致性表明，UDM和TST是由相同的力驱动的，这完全取决于铁磁体的状态。分析模型一致和定量地解释了我们的观察。结果表明，F的UDM和F的TST都是一个重要的遗传因子，|N堆叠产生于广义自旋电压，其定义为任意的非热电子分布。我们还得出结论，由于F和N之间可能的温度差的贡献是轻微的，自旋电流的振幅可以，在原则上，增加了一个数量级。总的来说，我们的研究结果使人们能够将UDM的大量知识应用于TST，从而为大振幅太赫兹自旋电流开辟了新的途径，从而为节能的超快自旋电子器件开辟了新的途径。
2021-05-25 cond-mat.mes-hall
Terahertz spin-to-charge current conversion in stacks of ferromagnets and the transition-metal dichalcogenide NbSe$_2$
过渡金属二硫属化合物（TMDC）是一类具有独特的电子和光学性质的材料，在自旋电子学中具有潜在的应用前景。在这里，我们使用太赫兹发射光谱来研究超高真空生长的F中的TMDC NbSe $_2$中的自旋-电荷电流转换（S2 C）。|NbSe $_2$薄膜叠层，其中F是铁磁Fe或Ni层。超快激光激发触发超快自旋电流，该超快自旋电流被转换成面内电荷电流，并且因此是可测量的THz电磁脉冲。作为NbSe $_2$厚度的函数的THz信号幅度表明，所测量的信号与超快光学驱动的面内极化自旋电流注入NbSe $_2$完全一致。自旋电流动力学的建模表明，相当大的一部分的总S2 C源自大部分的NbSe $_2$具有相同的，负的，符号作为纯Nb的自旋霍尔角。通过定量比较F| NbSe $_2$至F| Pt参考样品和从头计算的结果，我们估计NbSe $_2$的自旋霍尔角为面内极化自旋电流的-0.2%和-1.1%，而太赫兹自旋电流弛豫长度为几个纳米的数量级。
2022-08-01 cond-mat.mes-hall
Ultrafast energy absorption and photoexcitation of bulk plasmon in crystalline silicon subjected to intense near-infrared ultrashort laser pulses
研究了12 fs近红外激光脉冲辐照下体硅的非线性响应和能量吸收。根据激光强度，我们区分两个制度的非线性吸收的激光能量：低强度，能量沉积和光电离涉及微扰三光子跃迁通过硅的直接带隙。对于接近和高于10 $^{14}$ W/cm $^2$的激光强度，对应于10 $^{22}$ cm $^{-3}$量级的光生载流子密度，我们发现由于体等离子体共振的激发，在近红外波长处的吸收大大增强。在这种情况下，能量转移到电子超过几倍的热熔化阈值的Si。的光激发固体的光学反射率被发现与现有的实验数据有很好的定性协议。特别是，该模型预测的光激发的Si的反射率曲线作为激光能量密度的函数的主要特征是由与泡利不相容原理和Drude自由载流子响应相关联的状态和带填充之间的竞争。的光激发固体的非线性响应也研究了硅与序列的两个强的和暂时的非重叠的脉冲的照射。两个脉冲的累积效应在沉积能量方面是非加性的。由于自由载流子的吸收，第二脉冲前沿的光电离和能量吸收大大增强。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
THz Dynamics of Nanoconfined Water by Ultrafast Optical Spectroscopy
我们研究了在不同的水合程度和温度下，孔径为4 nm的多孔二氧化硅样品中纳米限制的水的振动动力学和结构弛豫。我们使用的光谱技术的时间分辨光学克尔效应，这使得调查超快水动力学在一个宽的时间（0.1-10皮秒）或频率（10-0.1太赫兹）窗口。在低水平的水合作用，对应于两个完整的表面水层，没有冻结发生，水保持流动在所有的调查温度，而在完全水合作用，我们见证了部分冰形成在约248 K共存的部分地表水保持在过冷状态。在低水合作用下，由于水分子与二氧化硅表面的强相互作用，与大量液态水相比，结构和振动动力学都显示出显著的修改。相反，内部水揭示的弛豫动力学与体相非常相似。
2016-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Ultrafast spin dynamics in II-VI diluted magnetic semiconductors with spin-orbit interaction
本文从理论上研究了存在自旋轨道相互作用的II-VI族稀磁半导体的超快自旋动力学。我们的目标是探索在体和量子阱系统中交换$sd$耦合和自旋轨道相互作用之间的相互作用或竞争。对于散装材料，我们集中在锌$_{1-x}$锰$_x$硒，并考虑到Dresselhaus相互作用，而对于量子阱，我们研究汞$_{1-x-y}$锰$_x$镉$_y$碲系统具有较强的Rashba耦合。我们的计算是用最近发展起来的一种形式化方法进行的，该方法结合了源自交换$sd$耦合的平均场论之外的电子相关。对于散装和准二维系统，我们发现，通过改变系统的参数在现实的范围内，这两个相互作用可以选择发挥主导作用，或在平等的基础上相互竞争。在这两种类型的系统中，自旋-轨道相互作用最显著的影响是出现强烈的振荡，其中交换$sd$耦合本身仅引起平均电子自旋分量的指数衰减。平均场近似也进行了研究，它是解析解释为什么它显示出强大的抑制自旋轨道诱导的自旋分量平行于Mn磁场的退相。
2015-05-13 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Magnetization Dynamics in Diluted Magnetic Semiconductors
我们提出了一个动力学模型，成功地解释了所观察到的弱激光激发后，在稀磁半导体量子阱的磁化强度的时间演化。基于赝费米子形式和精确p-d交换作用的二阶多粒子展开，我们的方法超越了通常的平均场近似。它包括亚皮秒退磁动力学和较慢的弛豫过程，在纳秒的时间尺度恢复初始铁磁秩序。与实验结果一致，我们的数值模拟表明，根据初始晶格温度的值，随后的增强的总磁化强度可以观察到在几百皮秒的时间尺度内。
2009-01-28 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque in 3D topological insulator-ferromagnet heterostructure: crossover between bulk and surface transport
利用线性响应理论研究了由铁磁体沉积在三维拓扑绝缘体上构成的异质结构中电流驱动的自旋轨道矩。我们开发了一个紧束缚模型的异质结构，采用最小的界面杂交方案，促进诱导磁交换的拓扑表面状态，以及诱导Rashba样的自旋轨道耦合的铁磁体。因此，我们的模型考虑了自旋霍尔效应从体状态连同反向自旋电流和磁电效应在界面上平等的立足点。通过改变整个能带结构的输运能，我们发现了一个从表面为主的体为主的运输制度的交叉。我们表明，自旋密度分布和自旋轨道力矩的性质在这两个制度有很大不同。我们的研究结果，这与实验观察比较有利，表明最近报道的大阻尼扭矩更可能归因于界面磁电效应，而自旋霍尔扭矩仍然很小，即使在体占主导地位的制度。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall
Spin-memory loss induced by bulk spin-orbit coupling at ferromagnet/heavy-metal interfaces
通过铁磁体/重金属界面的自旋电流可能由于界面处的自旋翻转而收缩，从而导致自旋记忆损失。在这里，我们提出了一个机制的自旋记忆丧失。与其他基于界面自旋轨道耦合的机制不同，我们的机制是基于重金属中的体自旋轨道耦合。我们证明了体自旋-轨道耦合导致了自旋和轨道自由度之间的纠缠，即使当界面自旋-轨道耦合很弱时，这种自旋-轨道纠缠也可以在界面处引起相当大的自旋翻转。我们的机制强调了原子轨道自由度的重要作用，并在不同轨道特征的带之间的带交叉点附近引起了强烈的自旋记忆损失。
2021-01-27 cond-mat.mes-hall
