{"title":"不平衡的自旋状态和特雷赫德辐射在磁异质结构中的产生","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-82","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Магнитные гетероструктуры с протекающим по ним спин-поляризованным током являются\nодними из основных объектов исследований в спинтронике и спин-фотонике [1], что cвязано с\nперспективами многочисленных применений в терагерцовой спинтронике [2], трехмерных\nнаномагнитных устройствах [3], запоминающих устройствах и сенсорах [4]. В таких\nгетероструктурах ток, протекающий в магнитном переходе, спин-поляризуется, что может приводить\nк значительному неравновесному накоплению спина в ограниченном объеме ферромагнитного\nматериала. Спин-релаксационные переходы электронов проводимости между спиновыми подзонами\nферромагнетика стимулированы опосредованно через sd-обменное взаимодействие с\nэлектромагнитной волной. Такие спин-флип переходы электронов могут сопровождаться\nиспусканием или поглощением фотонов [5, 6] с частотой, определяемой энергией эффективного\nобменного расщепления спиновых подзон. Для ряда переходов энергия расщепления спиновых\nподзон соответствует энергии фотонов терагерцового диапазона частот, что представляет интерес с\nточки зрения применений гетероструктур как основы компактных терагерцовых источников\nизлучения, в том числе работающих при комнатной температуре.\nВ докладе рассматривается зона проводимости ферромагнитного металла, обменно расщепленная\nна спиновые подзоны с некоторым энергетическим зазором [7, 8]. При этом зона проводимости\nсчитается неравновесной по спину из-за протекающих токов. Показано, что при инжекции спинов\nтоком из одного магнитного слоя (инжектора) в другой (рабочий слой) положение неравновесных\nквазиуровней Ферми (область частот излучения) определяется плотностью протекающего через\nмагнитный контакт тока, углом рассогласования между направлением намагниченности инжектора и\nрабочего слоя, а также их равновесной спиновой поляризацией. Представлено уравнение динамики\nдвижения магнитного момента, усредненного по ансамблю неравновесных спин-инжектированных\nэлектронов в ферромагнитном переходе, с учетом обменного взаимодействия и взаимодействия с\nвнешним электромагнитным полем, а также с термостатом. С использованием формализма матрицы\nплотности рассчитана скорость квантовых переходов электронов с противоположными\nнаправлениями спина, определяющих спиновую релаксацию при взаимодействии с термостатом.\nОбсуждаются модели терагерцовых источников излучения и влияние особенностей спин-флип\nпереходов при релаксации магнитного момента на процессы испускания или поглощения фотонов с\nэнергией, соответствующей энергии эффективного обменного расщепления спиновых подзон, а\nтакже возможности перестройки частоты спин-инжекционного излучения в терагерцовом диапазоне\nчастот.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"27 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"Неравновесные спиновые состояния и генерация терагерцового излучения\\nв магнитных гетероструктурах\",\"authors\":\"\",\"doi\":\"10.34077/rcsp2019-82\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"Магнитные гетероструктуры с протекающим по ним спин-поляризованным током являются\\nодними из основных объектов исследований в спинтронике и спин-фотонике [1], что cвязано с\\nперспективами многочисленных применений в терагерцовой спинтронике [2], трехмерных\\nнаномагнитных устройствах [3], запоминающих устройствах и сенсорах [4]. В таких\\nгетероструктурах ток, протекающий в магнитном переходе, спин-поляризуется, что может приводить\\nк значительному неравновесному накоплению спина в ограниченном объеме ферромагнитного\\nматериала. Спин-релаксационные переходы электронов проводимости между спиновыми подзонами\\nферромагнетика стимулированы опосредованно через sd-обменное взаимодействие с\\nэлектромагнитной волной. Такие спин-флип переходы электронов могут сопровождаться\\nиспусканием или поглощением фотонов [5, 6] с частотой, определяемой энергией эффективного\\nобменного расщепления спиновых подзон. Для ряда переходов энергия расщепления спиновых\\nподзон соответствует энергии фотонов терагерцового диапазона частот, что представляет интерес с\\nточки зрения применений гетероструктур как основы компактных терагерцовых источников\\nизлучения, в том числе работающих при комнатной температуре.\\nВ докладе рассматривается зона проводимости ферромагнитного металла, обменно расщепленная\\nна спиновые подзоны с некоторым энергетическим зазором [7, 8]. При этом зона проводимости\\nсчитается неравновесной по спину из-за протекающих токов. Показано, что при инжекции спинов\\nтоком из одного магнитного слоя (инжектора) в другой (рабочий слой) положение неравновесных\\nквазиуровней Ферми (область частот излучения) определяется плотностью протекающего через\\nмагнитный контакт тока, углом рассогласования между направлением намагниченности инжектора и\\nрабочего слоя, а также их равновесной спиновой поляризацией. Представлено уравнение динамики\\nдвижения магнитного момента, усредненного по ансамблю неравновесных спин-инжектированных\\nэлектронов в ферромагнитном переходе, с учетом обменного взаимодействия и взаимодействия с\\nвнешним электромагнитным полем, а также с термостатом. С использованием формализма матрицы\\nплотности рассчитана скорость квантовых переходов электронов с противоположными\\nнаправлениями спина, определяющих спиновую релаксацию при взаимодействии с термостатом.\\nОбсуждаются модели терагерцовых источников излучения и влияние особенностей спин-флип\\nпереходов при релаксации магнитного момента на процессы испускания или поглощения фотонов с\\nэнергией, соответствующей энергии эффективного обменного расщепления спиновых подзон, а\\nтакже возможности перестройки частоты спин-инжекционного излучения в терагерцовом диапазоне\\nчастот.\",\"PeriodicalId\":118786,\"journal\":{\"name\":\"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»\",\"volume\":\"27 1\",\"pages\":\"0\"},\"PeriodicalIF\":0.0000,\"publicationDate\":\"2019-05-24\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"0\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-82\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"\",\"JCRName\":\"\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-82","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
Неравновесные спиновые состояния и генерация терагерцового излучения
в магнитных гетероструктурах
Магнитные гетероструктуры с протекающим по ним спин-поляризованным током являются
одними из основных объектов исследований в спинтронике и спин-фотонике [1], что cвязано с
перспективами многочисленных применений в терагерцовой спинтронике [2], трехмерных
наномагнитных устройствах [3], запоминающих устройствах и сенсорах [4]. В таких
гетероструктурах ток, протекающий в магнитном переходе, спин-поляризуется, что может приводить
к значительному неравновесному накоплению спина в ограниченном объеме ферромагнитного
материала. Спин-релаксационные переходы электронов проводимости между спиновыми подзонами
ферромагнетика стимулированы опосредованно через sd-обменное взаимодействие с
электромагнитной волной. Такие спин-флип переходы электронов могут сопровождаться
испусканием или поглощением фотонов [5, 6] с частотой, определяемой энергией эффективного
обменного расщепления спиновых подзон. Для ряда переходов энергия расщепления спиновых
подзон соответствует энергии фотонов терагерцового диапазона частот, что представляет интерес с
точки зрения применений гетероструктур как основы компактных терагерцовых источников
излучения, в том числе работающих при комнатной температуре.
В докладе рассматривается зона проводимости ферромагнитного металла, обменно расщепленная
на спиновые подзоны с некоторым энергетическим зазором [7, 8]. При этом зона проводимости
считается неравновесной по спину из-за протекающих токов. Показано, что при инжекции спинов
током из одного магнитного слоя (инжектора) в другой (рабочий слой) положение неравновесных
квазиуровней Ферми (область частот излучения) определяется плотностью протекающего через
магнитный контакт тока, углом рассогласования между направлением намагниченности инжектора и
рабочего слоя, а также их равновесной спиновой поляризацией. Представлено уравнение динамики
движения магнитного момента, усредненного по ансамблю неравновесных спин-инжектированных
электронов в ферромагнитном переходе, с учетом обменного взаимодействия и взаимодействия с
внешним электромагнитным полем, а также с термостатом. С использованием формализма матрицы
плотности рассчитана скорость квантовых переходов электронов с противоположными
направлениями спина, определяющих спиновую релаксацию при взаимодействии с термостатом.
Обсуждаются модели терагерцовых источников излучения и влияние особенностей спин-флип
переходов при релаксации магнитного момента на процессы испускания или поглощения фотонов с
энергией, соответствующей энергии эффективного обменного расщепления спиновых подзон, а
также возможности перестройки частоты спин-инжекционного излучения в терагерцовом диапазоне
частот.