Compreender a manipulação ultrarrápida e a dinâmica dos spins em materiais magnéticos é crucial para o desenvolvimento de dispositivos e tecnologias spintrônicas de próxima geração. A dinâmica de spin acionada por laser em ferrimagnetos, que são materiais magnéticos compostos por duas ou mais sub-redes magnéticas com momentos magnéticos diferentes, oferece insights únicos sobre os mecanismos fundamentais que governam a transferência de momento angular e os processos de relaxamento nesses materiais.

Quando um material ferrimagnético é submetido a um intenso pulso de laser, a interação entre a luz do laser e o sistema eletrônico do material pode induzir vários fenômenos de dinâmica de spin. Essa dinâmica pode envolver a precessão de spins em torno de um campo magnético efetivo, a geração e propagação de ondas de spin e a transferência de momento angular entre diferentes sub-redes magnéticas.

Um aspecto chave na compreensão da dinâmica de spin acionada por laser é rastrear o fluxo do momento angular dentro do material ferrimagnético. Vários mecanismos contribuem para a transferência e relaxamento do momento angular:

1. Excitação direta e transferência: Após a absorção dos fótons do laser, os elétrons no ferrimagneto podem ser excitados para estados de energia mais elevados. Isto pode levar à transferência do momento angular dos elétrons excitados para os momentos magnéticos dos átomos, fazendo com que eles precessem. Os spins de precessão interagem então com os spins vizinhos, transferindo momento angular através de interações de troca.

2. Efeito Faraday Inverso: O efeito Faraday inverso é um fenômeno onde a luz polarizada circularmente pode induzir uma mudança de magnetização em um material. Nos ferrimagnetos, a absorção de luz circularmente polarizada pode excitar seletivamente os spins em uma sub-rede magnética, deixando a outra sub-rede inalterada. Isso pode resultar em uma transferência líquida de momento angular entre as sub-redes.

3. Acoplamento Spin-Órbita: O acoplamento spin-órbita refere-se à interação entre o spin e o momento angular orbital dos elétrons. Nos ferrimagnetos, o acoplamento spin-órbita pode levar à transferência de momento angular entre os spins e a rede, afetando a dinâmica dos momentos magnéticos.

4. Bombeamento giratório: O bombeamento de spin é um processo em que os spins são bombeados de uma camada magnética para outra devido a uma corrente de spin induzida por precessão. Nos ferrimagnetos, o bombeamento de spin pode ocorrer entre diferentes sub-redes magnéticas ou entre o ferrimagneto e uma camada não magnética adjacente, levando à transferência de momento angular entre essas regiões.

5. Dispersão Magnon-Magnon: O espalhamento magnon-magnon refere-se às interações e espalhamento de ondas de spin dentro de um material magnético. Essas interações podem levar à troca de energia e momento angular entre diferentes magnons, afetando a dinâmica geral do spin.

Compreender o fluxo do momento angular na dinâmica de spin acionada por laser é essencial para manipular e controlar as propriedades magnéticas dos ferrimagnetos em escalas de tempo ultrarrápidas. Ao obter controle sobre essas dinâmicas, torna-se possível realizar novos dispositivos spintrônicos com desempenho e funcionalidades aprimorados, como interruptores magnéticos ultrarrápidos, portas lógicas baseadas em spin e osciladores spintrônicos.