飛秒雷射誘導瞬態自旋流及其調控的太赫茲光譜研究

《飛秒雷射誘導瞬態自旋流及其調控的太赫茲光譜研究》是依託上海大學，由金鑽明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：飛秒雷射誘導瞬態自旋流及其調控的太赫茲光譜研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：金鑽明
• 依託單位：上海大學

中文摘要

自旋電子學研究的核心內容是產生和調控自旋流。實現太赫茲（THz）頻段的自旋流是目前凝聚態物理研究的一個熱點問題。近年來，我們利用飛秒雷射相繼在半導體結構，順磁性磁光晶體等材料體系中誘導和研究了電子自旋動力學過程；在反鐵磁單晶中實現了THz自旋極化波的激發與相干控制。在此基礎上，本項目主要圍繞超快自旋流的光激發及其調控，開展基礎和套用研究。系統評估THz時域發射光譜技術在研究瞬態自旋流中的優勢，擬取得三方面成果：（1）通過THz發射光譜，研究飛秒雷射在磁性材料中誘導的自旋流，提出並加深對飛秒雷射脈衝產生自旋流物理機制的理解；（2）提出新的人工磁性多層膜結構設計方案，基於巨磁阻效應通過外加磁場調節樣品的電導率，從而實現對瞬態自旋流傳輸特性的主動調控;（3）最佳化磁性異質結構，提高THz發射效率，發展一種全新的THz輻射源。項目預期研究成果有望在自旋電子學和量子信息科學技術中有潛在的套用。

結題摘要

自旋電子學研究的核心內容是產生和調控自旋流。實現太赫茲（THz）頻段的自旋流是目前凝聚態物理研究的一個熱點問題。近年來，申請人利用飛秒雷射相繼在半導體結構，順磁性磁光晶體等材料體系中誘導和研究了電子自旋動力學過程；在反鐵磁單晶中實現了THz自旋極化波的激發與相干控制。本基金項目主要圍繞超快自旋流的光激發及其調控這箇中心內容進行，展開基礎和套用研究。主要開展了以下三方面的研究工作：（1）系統研究了稀土共摻雜的反鐵磁性鐵氧體中太赫茲自旋波的共振激發與相干控制。利用THz時域光譜，研究了TmFeO3中的自旋重取向和晶體場躍遷。實驗中，對比溫度、外磁場驅動的自旋重取向，系統研究了稀土離子在Fe離子的自旋重取向過程中所扮演的作用。通過稀土離子的選擇與共摻雜，實現不同的自旋開關行為。實驗結果為開發可以有效抵抗外界零散磁場干擾的超高速存儲器奠定理論與實驗基礎。（2）系統研究飛秒雷射誘導的瞬態自旋流及其調控。利用THz發射光譜，實驗觀察到飛秒雷射在鐵磁性材料中產生具有THz頻寬的自旋流。提出並最佳化人工磁性異質結構，在亞皮秒時間尺度上實現超快自旋流傳播特性的全光操控。非接觸式的THz發射光譜已經成為超快自旋流特性研究和自旋電子器件在光子學領域套用的重要研究平台。（3）系統研究飛秒雷射誘導的THz電導率的超快動力學。利用光抽運-THz脈衝探測技術，通過分析光誘導載流子電導率的時域衰減和頻域波譜，研究了石墨烯等二維狄拉克材料中電子的激發、轉移、能量的弛豫動力學過程。本項目的研究成果有助於人們對自旋電子學材料和複雜的量子材料中，飛秒雷射誘導的電子自旋和電荷載流子的超快動力學有了進一步的認識，也有助於未來實現超快自旋電子器件的設計和套用。