Атомы кружатся и переворачивают магнит

Оригинал: "Generalized Helicity-Dependent Magnetization Switching via Substrate Phonons"

· F. G. N. Fennema, H. Damas, H. Yoshikawa, A. Tsukamoto, C. S. Davies, A. Kirilyuk

arXiv:2609.05064v1 · 2026-09-04 · CC BY 4.0 · 1 мин

Круговые колебания атомов в подложке переключают намагниченность плёнки, но сильное поглощение света мешает этому из-за нагрева.

Атомы в кристалле всё время колеблются. Если заставить их двигаться по кругу, они могут передать своё вращение магнитному слою, лежащему сверху, и перевернуть его намагниченность. Раньше этот трюк показывали только на двух материалах. Теперь физики проверили его на семи разных кристаллах, чтобы понять, насколько он универсален.

Для опыта использовали тонкую плёнку сплава гадолиний-железо-кобальт и инфракрасный лазер, который умеет закручивать свет. После облучения магнитное состояние проверяли по тому, как оно поворачивает поляризацию света. Эффективность переключения на разных подложках оказалась очень разной: от 30% до 95%.

Самое интересное: переключение не совпадало с тем, где кристалл сильнее всего поглощает свет. На оксиде магния лучший результат был при длине волны 20,8 микрометра, а резонанс поглощения находится около 25 микрометров. Расчёты показали, что вблизи резонанса почти вся энергия оседает в первых 200 нанометрах подложки, у самой границы с магнитным слоем. Этот локальный нагрев, похоже, и мешает переключению. Поэтому важно искать баланс: свет должен возбуждать атомы, но не перегревать границу.

Весь граф →

Эффективные магнитные поля, создаваемые циркулярно поляризованными фононами, могут превышать десятки тесла, что сравнимо с полями самых мощных импульсных магнитов.

\omega_{LO}^2 - \omega_{TO}^2 = \frac{n e^2 Z^{*2}}{\varepsilon_0 \varepsilon_\infty \mu}

Разность квадратов частот продольных и поперечных оптических фононов пропорциональна квадрату эффективного заряда Борна и обратно пропорциональна приведённой массе ионов. Большее расщепление означает более сильную связь фонона с макроскопической поляризацией.

M = \sum_i \gamma_i L_i, \quad \gamma_i = \frac{e Z_i^*}{2 M_i}, \quad L_i = \sum_{\alpha,\beta} Q_{i,\alpha} \times \dot{Q}_{i,\beta}

Магнитный момент фонона складывается из вкладов ионов, каждый из которых определяется гиромагнитным отношением (зависящим от эффективного заряда и массы) и угловым моментом кругового движения ионов.

Понятия

магнетизм фононов магнитосопротивление переменный магнетизм магнитофотонные эффекты эффекты магнитного поля сегнетоэлектрик внешнее магнитное поле гравитационное красное смещение доменная стенка размагничивание антиферромагнетик магнитооптический эффект Керра намагниченность магнитосфера эффект Фарадея

Я автор

Атомы кружатся и переворачивают магнит