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磁性纳米结构中由激光引起的超快自旋动力学研究

李春 杨帆 Georgios Lefkidis Wolfgang Hübner

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磁性纳米结构中由激光引起的超快自旋动力学研究

李春, 杨帆, Georgios Lefkidis, Wolfgang Hübner

Laser-induced ultrafast spin dynamics research on magnetic nanostructures

Li Chun, Yang Fan, Georgios Lefkidis, Wolfgang Hübner
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  • 以单个磁性中心的NiO以及由Co和Ni等元素构成的双磁性中心的纳米结构为例,总结了近年所做的主要工作.为了在理论上实现磁性纳米结构中的超快自旋翻转和转移,提出了一种称为Λ进程(Λ process)的超快自旋转换机理.在实际计算中,首先采用量子化学第一性原理计算得到磁性纳米结构中精确的隙间d电子态,然后考虑外加磁场和自旋轨道耦合分析磁性原子中的自旋局域化程度,最后引入激光脉冲项,研究在其作用下材料的自旋态经由Λ进程实现转换的时间历程.研究结果表明自旋翻转和转移可以在线偏振光的作用下在亚皮秒的时间尺度内完成.
    In this paper,taking one-magnetic-center NiO and two-magnetic-center nanostructures composed of Co and Ni as examples,we review our recent works in this field.To theoretically achieve ultrafast spin flip and transfer in magnetic nanostructures,an ultrafast spin dynamics mechanism,namely Λ process,was proposed.To properly simulate the laser-matter interaction,the accurate intragap d-states were predicted firstly through quantum chemistry calculations; then the spin localizations on magnetic atoms were analyzed considering external magnetic field and spin-orbit coupling; at last,laser pulse term was turned on to study the time history of the spin switching scenario via the Λ process.It was shown that spin flip and transfer can be achieved in a subpicosecond regime with linearly polarized light.In order to further realize checking and monitoring of the spin manipulations in magnetic molecules,a CO molecule was attached to one magnetic center to serve as an infrared marker.The calculated spin-state-dependent C-O stretching frequencies indicate that spin manipulations can be indirectly monitored through infrared spectrum experiments.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11002109),西北工业大学基础研究基金(批准号: JC200935)和"翱翔之星"计划资助的课题.
    [1]

    Xia J,Ge W,Chang K 2008 Semiconductor Spintronics (Beijing: Science Press)(in Chinese) [夏建白、葛惟昆、常 凯 2008 半导体自旋电子学(北京: 科学出版社)]

    [2]

    259

    [3]

    Company) p14

    [4]

    Zhan W S 2006 Physics 35 811 (in Chinese) [詹文山 2006 物理 35 811]

    [5]

    Berezovsky J,Mikkelsen M H,Stoltz N G,Coldren L A,Awschalom D D 2008 Science 320 349

    [6]

    Zhang G P,Hübner W,Lefkidis G,Bai Y,George T F 2009 Nature Physics 5 499

    [7]

    Koopmans B,Malinowski G,Dalla Longa F,Steiauf D,Fahnle M,Roth T,Cinchetti M,Aeschlimann M 2010 Nature Mater. 9

    [8]

    Guo LJ,Wüstenberg JP,Oleksiy A,Bauer M,Aeschlimann M 2005 Acta Phys.Sin. 54 3200 (in Chinese) [郭立俊、Jan-Peter Wüstenberg、Andreyev Oleksiy、Michael Bauer、Martin Aeschlimann 2005 54 3200]

    [9]

    He W,Zhan QF,Wang DY,Chen LJ,Cheng ZH 2008 Chin.Phys. B 17 1902

    [10]

    Liu XD,Wang WZ,Gao RX,Zhao JH,Wen JH,Lin WZ,Lai TS 2008 Acta Phys.Sin. 57 3857 (in Chinese) [刘晓东、王玮竹、高瑞鑫、赵建华、文锦辉、林位株、赖天树 2008物 〖9] Gao RX,Xu Z,Chen DX,Xu CD,Chen ZF,Liu XD,Zhou SM,Lai TS 2009 Acta Phys.Sin. 58 0580 (in Chinese) [高瑞鑫、徐 振、陈达鑫、徐初东、陈志峰、刘晓东、周仕明、赖天树 2009 58 0580]

    [11]

    Beaurepaire E,Merle JC,Daunois A,Bigot JY 1996 Phys.Rev.Lett. 76 4250

    [12]

    Hohlfeld J,Matthias E,Knorren R,Bennemann K H 1997 Phys.Rev.Lett. 78 4861

    [13]

    Koopmans B,Ruigrok J J M,Dalla Longa F,de Jonge W J M 2005 Phys.Rev.Lett. 95 267207

    [14]

    Chovan J,Kavousanaki E G,Perakis I E 2006 Phys.Rev.Lett. 96 057402

    [15]

    Zhang G P,Hübner W 2000 Phys.Rev.Lett. 85 3025

    [16]

    Gómez-Abal R,Ney O,Satitkovitchai K,Hübner W 2004 Phys.Rev.Lett. 92 227402

    [17]

    Hübner W,Zhang G P 1998 Phys.Rev. B 58 R5920

    [18]

    Kimel A V,Kirilyuk A,Usachev P A,Pisarev R V,Balashov A M,Rasing Th 2005 Nature 435 655

    [19]

    Lottermoser T,Lonkai T,Amann U,Hohlwein D,Ihringer J,Fiebig M 2004 Nature 430 541

    [20]

    Stamm C,Kachel T,Pontius N,Mitzner R,Quast T,Holldack K,Khan S,Lupulescu C,Aziz E F,Wietstruk M,Dürr H A,Eberhardt W 2007 Nature Mater. 6 740

    [21]

    Pontius N,Bechthold P S,Neeb M,Eberhardt W 2000 Phys.Rev.Lett. 84 1132

    [22]

    Wu M W,Weng M Q,Cheng J L 2007 Physics,Chemistry and Application of Nanostructures: Reviews and Short Notes to Nanomeeting 2007edited by Borisenko V E,Gurin V S,Gaponenko S V (Singapore: World Scientific Publishing

    [23]

    Han X F 2008 Physics 37 392 (in Chinese) [韩秀峰 2008 物理 37 392]

    [24]

    Gómez-Abal R,Hübner W 2002 Phys.Rev.B 65 195114

    [25]

    Gómez-Abal R,Hübner W 2003 J.Phys.: Condens.Matter 15 S709

    [26]

    Lefkidis G,Hübner W 2007 Phys.Rev. B 76 014418

    [27]

    Lefkidis G,Hübner W 2009 J.Magn.Magn.Mater. 321 979

    [28]

    Lefkidis G, Zhang G P, Hübner W 2009 Phys. Rev. Lett. 103 217401

    [29]

    Li C,Hartenstein T,Lefkidis G,Hübner W 2009 Phys.Rev. B 79 180413(R)

    [30]

    Hartenstein T,Lefkidis G,Hübner W,Zhang G P,Bai Y 2009 J.Appl.Phys. 105 07D305

    [31]

    Frisch M J 2004 Gaussian 03,Revision B.03 (Wallingford: Gaussian Inc.)

    [32]

    Stohr J,Siegmann H C 2006 Magnetism-From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Berlin Heidelberg: Springer-Verlag) p753

    [33]

    Nakatsuji H http: //www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/nakatsuji-lab/sacci.html

    [34]

    Lefkidis G,Hübner W 2005 Phys.Rev.Lett. 95 077401

    [35]

    Lefkidis G,Hübner W 2006 Phys.Rev. B 74 155106

    [36]

    Dalla Longa F,Kohlhepp J T,de Jonge W J M,Koopmans B 2007 Phys.Rev. B 75 224431

    [37]

    Hartenstein T,Li C,Lefkidis G,Hübner W 2008 J.Phys.D: Appl.Phys. 41 164006

    [38]

    Hübner W,Kersten S P,Lefkidis G 2009 Phys.Rev. B 79 184431

  • [1]

    Xia J,Ge W,Chang K 2008 Semiconductor Spintronics (Beijing: Science Press)(in Chinese) [夏建白、葛惟昆、常 凯 2008 半导体自旋电子学(北京: 科学出版社)]

    [2]

    259

    [3]

    Company) p14

    [4]

    Zhan W S 2006 Physics 35 811 (in Chinese) [詹文山 2006 物理 35 811]

    [5]

    Berezovsky J,Mikkelsen M H,Stoltz N G,Coldren L A,Awschalom D D 2008 Science 320 349

    [6]

    Zhang G P,Hübner W,Lefkidis G,Bai Y,George T F 2009 Nature Physics 5 499

    [7]

    Koopmans B,Malinowski G,Dalla Longa F,Steiauf D,Fahnle M,Roth T,Cinchetti M,Aeschlimann M 2010 Nature Mater. 9

    [8]

    Guo LJ,Wüstenberg JP,Oleksiy A,Bauer M,Aeschlimann M 2005 Acta Phys.Sin. 54 3200 (in Chinese) [郭立俊、Jan-Peter Wüstenberg、Andreyev Oleksiy、Michael Bauer、Martin Aeschlimann 2005 54 3200]

    [9]

    He W,Zhan QF,Wang DY,Chen LJ,Cheng ZH 2008 Chin.Phys. B 17 1902

    [10]

    Liu XD,Wang WZ,Gao RX,Zhao JH,Wen JH,Lin WZ,Lai TS 2008 Acta Phys.Sin. 57 3857 (in Chinese) [刘晓东、王玮竹、高瑞鑫、赵建华、文锦辉、林位株、赖天树 2008物 〖9] Gao RX,Xu Z,Chen DX,Xu CD,Chen ZF,Liu XD,Zhou SM,Lai TS 2009 Acta Phys.Sin. 58 0580 (in Chinese) [高瑞鑫、徐 振、陈达鑫、徐初东、陈志峰、刘晓东、周仕明、赖天树 2009 58 0580]

    [11]

    Beaurepaire E,Merle JC,Daunois A,Bigot JY 1996 Phys.Rev.Lett. 76 4250

    [12]

    Hohlfeld J,Matthias E,Knorren R,Bennemann K H 1997 Phys.Rev.Lett. 78 4861

    [13]

    Koopmans B,Ruigrok J J M,Dalla Longa F,de Jonge W J M 2005 Phys.Rev.Lett. 95 267207

    [14]

    Chovan J,Kavousanaki E G,Perakis I E 2006 Phys.Rev.Lett. 96 057402

    [15]

    Zhang G P,Hübner W 2000 Phys.Rev.Lett. 85 3025

    [16]

    Gómez-Abal R,Ney O,Satitkovitchai K,Hübner W 2004 Phys.Rev.Lett. 92 227402

    [17]

    Hübner W,Zhang G P 1998 Phys.Rev. B 58 R5920

    [18]

    Kimel A V,Kirilyuk A,Usachev P A,Pisarev R V,Balashov A M,Rasing Th 2005 Nature 435 655

    [19]

    Lottermoser T,Lonkai T,Amann U,Hohlwein D,Ihringer J,Fiebig M 2004 Nature 430 541

    [20]

    Stamm C,Kachel T,Pontius N,Mitzner R,Quast T,Holldack K,Khan S,Lupulescu C,Aziz E F,Wietstruk M,Dürr H A,Eberhardt W 2007 Nature Mater. 6 740

    [21]

    Pontius N,Bechthold P S,Neeb M,Eberhardt W 2000 Phys.Rev.Lett. 84 1132

    [22]

    Wu M W,Weng M Q,Cheng J L 2007 Physics,Chemistry and Application of Nanostructures: Reviews and Short Notes to Nanomeeting 2007edited by Borisenko V E,Gurin V S,Gaponenko S V (Singapore: World Scientific Publishing

    [23]

    Han X F 2008 Physics 37 392 (in Chinese) [韩秀峰 2008 物理 37 392]

    [24]

    Gómez-Abal R,Hübner W 2002 Phys.Rev.B 65 195114

    [25]

    Gómez-Abal R,Hübner W 2003 J.Phys.: Condens.Matter 15 S709

    [26]

    Lefkidis G,Hübner W 2007 Phys.Rev. B 76 014418

    [27]

    Lefkidis G,Hübner W 2009 J.Magn.Magn.Mater. 321 979

    [28]

    Lefkidis G, Zhang G P, Hübner W 2009 Phys. Rev. Lett. 103 217401

    [29]

    Li C,Hartenstein T,Lefkidis G,Hübner W 2009 Phys.Rev. B 79 180413(R)

    [30]

    Hartenstein T,Lefkidis G,Hübner W,Zhang G P,Bai Y 2009 J.Appl.Phys. 105 07D305

    [31]

    Frisch M J 2004 Gaussian 03,Revision B.03 (Wallingford: Gaussian Inc.)

    [32]

    Stohr J,Siegmann H C 2006 Magnetism-From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Berlin Heidelberg: Springer-Verlag) p753

    [33]

    Nakatsuji H http: //www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/nakatsuji-lab/sacci.html

    [34]

    Lefkidis G,Hübner W 2005 Phys.Rev.Lett. 95 077401

    [35]

    Lefkidis G,Hübner W 2006 Phys.Rev. B 74 155106

    [36]

    Dalla Longa F,Kohlhepp J T,de Jonge W J M,Koopmans B 2007 Phys.Rev. B 75 224431

    [37]

    Hartenstein T,Li C,Lefkidis G,Hübner W 2008 J.Phys.D: Appl.Phys. 41 164006

    [38]

    Hübner W,Kersten S P,Lefkidis G 2009 Phys.Rev. B 79 184431

  • [1] 严志, 方诚, 王芳, 许小红. 过渡金属元素掺杂对SmCo3合金结构和磁性能影响的第一性原理计算.  , 2024, 73(3): 037502. doi: 10.7498/aps.73.20231436
    [2] 杨旭, 冯红梅, 刘佳南, 张向群, 何为, 成昭华. 超快自旋动力学: 从飞秒磁学到阿秒磁学.  , 2024, 73(15): 157501. doi: 10.7498/aps.73.20240646
    [3] 吴洪芬, 冯盼君, 张烁, 刘大鹏, 高淼, 闫循旺. 铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理.  , 2022, 71(3): 036801. doi: 10.7498/aps.71.20211631
    [4] 吴洪芬, 冯盼君, 张烁, 刘大鹏, 高淼, 闫循旺. 铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理研究.  , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211631
    [5] 卢欣, 谢孟琳, 刘景, 金蔚, 李春, GeorgiosLefkidis, WolfgangHübner. FemB20 (m = 1, 2)团簇中超快自旋动力学的第一性原理研究.  , 2021, 70(12): 127505. doi: 10.7498/aps.70.20210056
    [6] 黄瑞, 李春, 金蔚, GeorgiosLefkidis, WolfgangHübner. 双磁性中心内嵌富勒烯Y2C2@C82-C2(1)中的超快自旋动力学行为.  , 2019, 68(2): 023101. doi: 10.7498/aps.68.20181887
    [7] 张淑亭, 孙志, 赵磊. 石墨烯纳米片大自旋特性第一性原理研究.  , 2018, 67(18): 187102. doi: 10.7498/aps.67.20180867
    [8] 叶红军, 王大威, 姜志军, 成晟, 魏晓勇. 钙钛矿结构SnTiO3铁电相变的第一性原理研究.  , 2016, 65(23): 237101. doi: 10.7498/aps.65.237101
    [9] 张召富, 耿朝晖, 王鹏, 胡耀乔, 郑宇斐, 周铁戈. 5d过渡金属原子掺杂氮化硼纳米管的第一性原理计算.  , 2013, 62(24): 246301. doi: 10.7498/aps.62.246301
    [10] 邓娇娇, 刘波, 顾牡, 刘小林, 黄世明, 倪晨. 伽马CuX(X=Cl,Br,I)的电子结构和光学性质的第一性原理计算.  , 2012, 61(3): 036105. doi: 10.7498/aps.61.036105
    [11] 李春, 张少斌, 金蔚, Georgios Lefkidis, Wolfgang Hübner. 线性磁性分子离子中由激光诱导的超快自旋转移.  , 2012, 61(17): 177502. doi: 10.7498/aps.61.177502
    [12] 顾牡, 林玲, 刘波, 刘小林, 黄世明, 倪晨. M’型GdTaO4电子结构的第一性原理研究.  , 2010, 59(4): 2836-2842. doi: 10.7498/aps.59.2836
    [13] 汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. ZnO原子链的结构稳定性和电子性质的第一性原理研究.  , 2010, 59(3): 2051-2056. doi: 10.7498/aps.59.2051
    [14] 吴红丽, 赵新青, 宫声凯. Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算.  , 2010, 59(1): 515-520. doi: 10.7498/aps.59.515
    [15] 谭兴毅, 金克新, 陈长乐, 周超超. YFe2B2电子结构的第一性原理计算.  , 2010, 59(5): 3414-3417. doi: 10.7498/aps.59.3414
    [16] 李沛娟, 周薇薇, 唐元昊, 张华, 施思齐. CeO2的电子结构,光学和晶格动力学性质:第一性原理研究.  , 2010, 59(5): 3426-3431. doi: 10.7498/aps.59.3426
    [17] 吴红丽, 赵新青, 宫声凯. Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算.  , 2008, 57(12): 7794-7799. doi: 10.7498/aps.57.7794
    [18] 刘利花, 张 颖, 吕广宏, 邓胜华, 王天民. Sr偏析Al晶界结构的第一性原理计算.  , 2008, 57(7): 4428-4433. doi: 10.7498/aps.57.4428
    [19] 明 星, 范厚刚, 胡 方, 王春忠, 孟 醒, 黄祖飞, 陈 岗. 自旋-Peierls化合物GeCuO3电子结构的第一性原理研究.  , 2008, 57(4): 2368-2373. doi: 10.7498/aps.57.2368
    [20] 孙 博, 刘绍军, 段素青, 祝文军. Fe的结构与物性及其压力效应的第一性原理计算.  , 2007, 56(3): 1598-1602. doi: 10.7498/aps.56.1598
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-05
  • 修回日期:  2010-05-05
  • 刊出日期:  2011-01-15

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