Os pulsos de laser podem manipular a magnetização por meio da transferência ultrarrápida de elétrons por meio de um processo conhecido como torque de transferência de spin (STT). Aqui está uma visão geral de como isso ocorre:

1. Absorção de pulso de laser:Quando um pulso de laser ultracurto, normalmente na faixa de femtossegundo a picossegundo, atinge um material magnético, ele é absorvido pelos elétrons do material através de vários mecanismos, como fotoexcitação ou absorção multifóton. Essa absorção leva a um rápido aumento na temperatura do elétron.

2. Geração de elétrons quentes:A energia do laser absorvida excita um grande número de elétrons no material, criando um estado de desequilíbrio com alta concentração de elétrons quentes. Esses elétrons quentes possuem energia suficientemente alta para superar as barreiras de potencial nas interfaces do material.

3. Espalhamento Dependente de Spin:Os elétrons quentes gerados pelo pulso de laser podem sofrer espalhamento dependente de spin com os momentos magnéticos dos átomos do material. Especificamente, o spin dos elétrons quentes interage com os momentos magnéticos dos elétrons d localizados dos átomos magnéticos.

4. Transferência do momento angular de spin:Durante esses eventos de espalhamento dependentes de spin, o momento angular de spin dos elétrons quentes é transferido para os elétrons d localizados dos átomos magnéticos. Esta transferência do momento angular de spin exerce um torque nos momentos magnéticos dos átomos, fazendo com que eles precessem em torno de seus eixos fáceis.

5. Dinâmica de Magnetização:A transferência do momento angular de spin dos elétrons quentes para os elétrons d localizados leva à precessão dos momentos magnéticos, dando origem a uma dinâmica de magnetização ultrarrápida. A direção e amplitude desta precessão dependem da polarização, intensidade e duração do pulso de laser.

6. Comutação Magnética:Se o pulso do laser tiver energia e duração suficientes, a precessão dos momentos magnéticos pode atingir um ângulo crítico, levando à reversão do sentido de magnetização. Isso é comumente conhecido como comutação totalmente óptica ou reversão de magnetização induzida por laser.

7. Escalas de tempo de femtosegundos:As escalas de tempo características para a dinâmica de magnetização induzida por STT são da ordem de femtossegundos a picossegundos, tornando-o um processo ultrarrápido. Isto permite a manipulação da magnetização em escalas de tempo excepcionalmente curtas.

No geral, os pulsos de laser podem transferir o momento angular de spin para os elétrons d localizados de materiais magnéticos por meio de torque de transferência de spin, permitindo manipulação ultrarrápida e comutação de magnetização. Isso abre possibilidades para explorar aspectos fundamentais do magnetismo, desenvolver dispositivos spintrônicos de alta velocidade e avançar tecnologias como memória magnética de acesso aleatório (MRAM) e circuitos lógicos spintrônicos ultrarrápidos.