1. Assorbimento dell'impulso laser:quando un impulso laser ultracorto, tipicamente nell'intervallo dai femtosecondi ai picosecondi, colpisce un materiale magnetico, viene assorbito dagli elettroni del materiale attraverso vari meccanismi come la fotoeccitazione o l'assorbimento multifotone. Questo assorbimento porta ad un rapido aumento della temperatura degli elettroni.
2. Generazione di elettroni caldi:l'energia laser assorbita eccita un gran numero di elettroni nel materiale, creando uno stato di non equilibrio con un'alta concentrazione di elettroni caldi. Questi elettroni caldi hanno un'energia sufficientemente elevata da superare le potenziali barriere alle interfacce del materiale.
3. Scattering dipendente dallo spin:gli elettroni caldi generati dall'impulso laser possono subire uno scattering dipendente dallo spin con i momenti magnetici degli atomi del materiale. Nello specifico, lo spin degli elettroni caldi interagisce con i momenti magnetici degli elettroni d localizzati degli atomi magnetici.
4. Trasferimento del momento angolare di spin:durante questi eventi di scattering dipendenti dallo spin, il momento angolare di spin degli elettroni caldi viene trasferito agli elettroni d localizzati degli atomi magnetici. Questo trasferimento del momento angolare di spin esercita una coppia sui momenti magnetici degli atomi, provocandone la precessione attorno ai loro assi facili.
5. Dinamica di magnetizzazione:il trasferimento del momento angolare di spin dagli elettroni caldi agli elettroni d localizzati porta alla precessione dei momenti magnetici, dando origine a dinamiche di magnetizzazione ultraveloci. La direzione e l'ampiezza di questa precessione dipendono dalla polarizzazione, dall'intensità e dalla durata dell'impulso laser.
6. Commutazione magnetica:Se l'impulso laser ha energia e durata sufficienti, la precessione dei momenti magnetici può raggiungere un angolo critico, portando all'inversione della direzione di magnetizzazione. Questo è comunemente noto come commutazione completamente ottica o inversione della magnetizzazione indotta dal laser.
7. Scale temporali ai femtosecondi:le scale temporali caratteristiche per la dinamica della magnetizzazione indotta da STT sono dell'ordine dei femtosecondi ai picosecondi, rendendolo un processo ultraveloce. Ciò consente la manipolazione della magnetizzazione su scale temporali eccezionalmente brevi.
Nel complesso, gli impulsi laser possono trasferire il momento angolare di spin agli elettroni d localizzati dei materiali magnetici tramite una coppia di trasferimento di spin, consentendo la manipolazione ultraveloce e la commutazione della magnetizzazione. Ciò apre possibilità per esplorare aspetti fondamentali del magnetismo, sviluppare dispositivi spintronici ad alta velocità e tecnologie avanzate come la memoria magnetica ad accesso casuale (MRAM) e circuiti logici spintronici ultraveloci.
