Υπερταχύς έλεγχος της μαγνητικής μνήμης σε (Ga, Mn)As σιδηρομαγνητικούς ημιαγωγούς με σύμφωνους οπτικά παλμούς

 
Το τεκμήριο παρέχεται από τον φορέα :
Πανεπιστήμιο Κρήτης
Αποθετήριο :
E-Locus Ιδρυματικό Καταθετήριο
δείτε την πρωτότυπη σελίδα τεκμηρίου
στον ιστότοπο του αποθετηρίου του φορέα για περισσότερες πληροφορίες και για να δείτε όλα τα ψηφιακά αρχεία του τεκμηρίου*
κοινοποιήστε το τεκμήριο




2012 (EL)
Ultrafast control of the magnetic memory of (Ga,Mn)As ferromagnetic semiconductors by femtosecond optical pulses
Υπερταχύς έλεγχος της μαγνητικής μνήμης σε (Ga, Mn)As σιδηρομαγνητικούς ημιαγωγούς με σύμφωνους οπτικά παλμούς

Λίγγος, Παναγιώτης

Περάκης, Ηλίας

Στην παρούσα εργασία ασχολούμαστε με το πρόβλημα της απόκρισης της μαγνητικής τάξης για συστήματα ηλεκτρομαγνητικών ημιαγωγών (Ga,Mn)As σε υπερταχείς χρόνους με τρόπο μή-θερμικό χρησιμοποιώντας οπτικούς παλμούς διάρκειας 100fs. Πρόκειται για συστήματα ημιαγωγών της οικογένειας III-V τα οποία παρουσιάζουν σιδιρομαγνητικές ιδιότητες όταν άτομα μαγγανίου εμφυτευτούν στο κρυσταλλικό τους πλέγμα. Κάνοντας χρήση της προσέγγισης μέσου πεδίου και της προσέγγισης virtual crystal αναπύσουμε την θεωρία που περιγραφεί την δυναμική του συλλογικού σπιν παράγοντας τις εξισώσεις κίνησης των μητρών πυκνότητος των πληθυσμών (ηλεκτρονίων, οπών) και coherences όπως επίσης και τις εξισώσεις κίνησης του συνολικού σπίν και της μακροσκοπικής μαγνήτισης. Η δυναμική της μαγνήτισης όπως προβλέπεται από το μοντέλο μας διακρίνεται σε δυο χρονικά διαστήματα. Το πρώτο χρονικό διάστημα άφορα την φωτοδιέγερση του συστήματος όπου spin πληθυσμοί (οπές) διεγείρονται και αλληλεπιδρούν με το συνολικό σπιν των μαγγανίων λόγω του υβριδισμού p και d τροχιακών των μαγγανίων με τα άτομα αρσενικού. Παρατηρείται σε χρόνους συγκρίσιμους της διάρκειας της οπτικής διέγερσης, απόκλιση του διανύσματος της μαγνήτισης από την αρχική του διεύθυνση που ορίζεται από την κατάσταση ισορροπίας. Το δεύτερο χρονικό διάστημα άφορα την απόκριση του συστήματος μετά την οπτική διέγερση όπου το σύστημα αλληλεπιδρά με την συνολική ελεύθερη ενεργεία Fermi των θερμικών οπών όπου παρατηρείται η φθίνουσα και περιστροφική κίνηση της μαγνήτισης γύρο απο τον προτιμητέο άξονα (easy axis) του μέχρι το σύστημα να βρεθεί στη κατάσταση ηρεμίας. Στην παρούσα εργασία γίνεται επίδειξη της εξάρτησης της δυναμικής της μαγνήτισης από σημαντικές παραμέτρους όπως η χρονική διάρκεια του παλμού, η διεύθυνση του γραμμικά πολωμένου πεδίου του οπτικού παλμού που διεγείρει το σύστημα και η ένταση του παλμού. Επιδεικνύεται και προτείνεται η ελεγχόμενη μεταπήδηση του διανύσματος της μαγνήτισης μεταξύ των τεσσάρων προτιμητέων αξόνων του συστήματος με χρήση μονών οπτικών παλμών μεγάλης έντασης άλλα και συρμών οπτικών παλμών χαμηλής έντασης. Επίσης επιδεικνύεται και προτείνεται η βελτίωση του ελέγχου και του συνολικού χρόνου μεταπήδησης της μαγνήτισης σε (Ga,Mn)As, με χρήση συρμών laser δυο συχνοτήτων. (EL)
In this thesis we develop a theory of the collective spin dynamics triggered by ultrafast optical excitation of (Ga,Mn)As ferromagnetic semiconductor and we demonstrate non-thermal control of the magnetization switchings between four metastable magnetic states of (Ga,Mn)As using sequences of linearly polarized optical pulses. Using a tight-binding calculation of the bands, within the mean-field approximation we derive the density matrix equations of motion of carrier populations and coherences including magnetic anisotropy and carrier relaxation effects. We demonstrate the development of a light-induced magnetization tilt during a time interval of a few hundreds of femtoseconds which is governed by the interband nonlinear optical polarizations. This magnetization dynamics is followed by a second temporal regime (picosecond time scale) governed by the magnetic anisotropy of the Fermi sea. Within the mean-field approximation, the dynamics of the collective spin is described by a Landau-Gilbert-like equation for the collective spin. In this theoretical treatment, we propose protocols for multiple switchings using sequences of multiple optical pulses to selectively control the Mn collective spin between the four metastable states depending on the polarization, sequence, phase and the photon energy of the optical pulses. (EN)

text
Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

Magneto- optics
Μαγνητικοί ημιαγωγοί
Magnetic semiconductors

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

Αγγλική γλώσσα

2012-11-16


Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Φυσικής--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης



*Η εύρυθμη και αδιάλειπτη λειτουργία των διαδικτυακών διευθύνσεων των συλλογών (ψηφιακό αρχείο, καρτέλα τεκμηρίου στο αποθετήριο) είναι αποκλειστική ευθύνη των αντίστοιχων Φορέων περιεχομένου.