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Ultrafast nonthermal photo-magnetic recording in a transparent medium

机译：透明介质中的超快非热光磁记录

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摘要

Discovering ways to control the magnetic state of media with the lowest possible production of heat and at the fastest possible speeds is important in the study of fundamental magnetism(1-5), with clear practical potential. In metals, it is possible to switch the magnetization between two stable states (and thus to record magnetic bits) using femtosecond circularly polarized laser pulses(6-8). However, the switching mechanisms in these materials are directly related to laser-induced heating close to the Curie temperature(9-12). Although several possible routes for achieving alloptical switching in magnetic dielectrics have been discussed(13,14), no recording has hitherto been demonstrated. Here we describe ultrafast all-optical photo-magnetic recording in transparent films of the dielectric cobalt-substituted garnet. A single linearly polarized femtosecond laser pulse resonantly pumps specific d-d transitions in the cobalt ions, breaking the degeneracy between metastable magnetic states. By changing the polarization of the laser pulse, we deterministically steer the net magnetization in the garnet, thus writing '0' and '1' magnetic bits at will. This mechanism outperforms existing alternatives in terms of the speed of the write-read magnetic recording event (less than 20 picoseconds) and the unprecedentedly low heat load (less than 6 joules per cubic centimetre).
机译：在基本磁性研究中，发现以尽可能低的热量产生和以最快的速度控制介质的磁性状态的方法很重要（1-5），具有很强的实践潜力。在金属中，可以使用飞秒圆偏振激光脉冲（6-8）在两个稳定状态之间切换磁化强度（从而记录磁位）。但是，这些材料中的开关机制与居里温度附近的激光感应加热直接相关（9-12）。尽管已经讨论了在磁性电介质中实现全光切换的几种可能途径（13，14），但迄今为止尚未证明记录。在这里，我们描述了电介质钴取代石榴石的透明薄膜中的超快全光磁记录。单个线性偏振飞秒激光脉冲共振地泵浦钴离子中特定的d-d跃迁，打破了亚稳态磁态之间的简并性。通过改变激光脉冲的极化，我们可以确定地控制石榴石中的净磁化强度，从而随意写入“ 0”和“ 1”磁性位。就写-读磁记录事件的速度（小于20皮秒）和前所未有的低热负荷（每立方厘米小于6焦耳）而言，该机制优于现有的替代方法。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2017年第7639期|71-74|共4页
  • 作者

    Stupakiewicz A.; Szerenos K.; Afanasiev D.; Kirilyuk A.; Kimel A. V.;

  • 作者单位

    Univ Bialystok, Magnetism Lab, Fac Phys, 1L Ciolkowskiego, PL-15245 Bialystok, Poland;

    Univ Bialystok, Magnetism Lab, Fac Phys, 1L Ciolkowskiego, PL-15245 Bialystok, Poland;

    Radboud Univ Nijmegen, Inst Mol & Mat, 135 Heyendaalseweg, NL-6525 AJ Nijmegen, Netherlands;

    Radboud Univ Nijmegen, Inst Mol & Mat, 135 Heyendaalseweg, NL-6525 AJ Nijmegen, Netherlands;

    Radboud Univ Nijmegen, Inst Mol & Mat, 135 Heyendaalseweg, NL-6525 AJ Nijmegen, Netherlands;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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