Институт физики СО РАН
ИФ СО РАН (В.А.Гавричков, С.Г.Овчинников, С.И.Полукеев), Radboud University, Lancaster University, Delft University of Technology, ФТИ им. Иоффе РАН
Разработан метод расчета изменений обменного взаимодействия между соседними магнитными ионами в магнитных диэлектриках при селективном возбуждении катиона фемтосекундными импульсами. Рассчитаны обменные взаимодействия в FeBO3 между катионами Fe+3, антиферромагнитное для пары ионов в основном состоянии, а также его изменения при оптической накачке d-d электронных переходов. Показано, что при накачке в B-полосу спектра поглощения с энергией фононов 2 эВ возбужденный ион взаимодействует с соседним невозбужденным ионом ферромагнитным образом. При накачке в С-полосу с энергией 2.8-3 эВ обменное взаимодействие с возбужденным катионом отсутствует.
Эти расчеты объяснили причину возникновения периодических колебаний намагниченности FeBO3 при фемтосекундной накачке, наблюдавшиеся в pump-probe экспериментах международного коллектива с участием ФТИ им.Иоффе РАН (С.Петербург), университетов Наймегена (Нидерланды) и Ланкастера (Британия). Подобные исследования важны для разработки полностью оптической записи и считывания магнитной информации, что позволит значительно ускорить работу компьютеров.
Схема магнитного упорядочения в FeBO3 с двумя почти антиферромагнитными подрешетками в основном состоянии (внизу, небольшой угол скоса подрешеток обусловлен другими взаимодействиями, несущественными для данной работы). Вверху показано, что после поглощения кванта света каждым из двух катионов знак обмена меняется, и оба спина становятся почти параллельными.
Mikhaylovskiy R.V., Huisman T.J., Gavrichkov V.A., Polukeev S.I., Ovchinnikov S.G., Afanasiev D. , Pisarev R.V., Rasing Th., and Kimel A.V. Resonant pumping of d—d crystal field electronic transitions as a mechanism of ultrafast optical control of the exchange interactions in iron oxides// Physical Review Letters, 2020, V. 125, P. 157201. (Impact Factor WoS – 8.385, Q1).