論文の概要: Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.06255v1
• Date: Fri, 17 Jan 2020 12:03:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-10 13:11:41.881490
• Title: Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching
• Title（参考訳）: 超高速全コヒーレントスピンスイッチングの時間・スペクトル指紋
• Authors: S. Schlauderer, C. Lange, S. Baierl, T. Ebnet, C. P. Schmid, D. C. Valovcin, A. K. Zvezdin, A. V. Kimel, R. V. Mikhaylovskiy, and R. Huber
• Abstract要約: テラヘルツパルスは 潜在的な障壁を越えて スピンのコヒーレントな航法を可能にする スピン状態は外部の磁気バイアスによって選択することができる。 スイッチ可能なスピン状態は、外部の磁気バイアスによって選択することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Future information technology demands ultimately fast, low-loss quantum control. Intense light fields have facilitated important milestones, such as inducing novel states of matter, accelerating electrons ballistically, or coherently flipping the valley pseudospin. These dynamics leave unique signatures, such as characteristic bandgaps or high-order harmonic radiation. The fastest and least dissipative way of switching the technologically most important quantum attribute - the spin - between two states separated by a potential barrier is to trigger an all-coherent precession. Pioneering experiments and theory with picosecond electric and magnetic fields have suggested this possibility, yet observing the actual dynamics has remained out of reach. Here, we show that terahertz (1 THz = 10$^{12}$ Hz) electromagnetic pulses allow coherent navigation of spins over a potential barrier and we reveal the corresponding temporal and spectral fingerprints. This goal is achieved by coupling spins in antiferromagnetic TmFeO$_{3}$ with the locally enhanced THz electric field of custom-tailored antennas. Within their duration of 1 ps, the intense THz pulses abruptly change the magnetic anisotropy and trigger a large-amplitude ballistic spin motion. A characteristic phase flip, an asymmetric splitting of the magnon resonance, and a long-lived offset of the Faraday signal are hallmarks of coherent spin switching into adjacent potential minima, in agreement with a numerical simulation. The switchable spin states can be selected by an external magnetic bias. The low dissipation and the antenna's sub-wavelength spatial definition could facilitate scalable spin devices operating at THz rates.
• Abstract（参考訳）: 将来の情報技術は、究極的には高速で低損失の量子制御を必要とする。 インセンス光場は、新しい物質状態の誘導、電子の弾道的な加速、谷の擬似スピンのコヒーレントな反転などの重要なマイルストーンを助長してきた。 これらのダイナミクスは、特徴的なバンドギャップや高次高調波放射のようなユニークなシグネチャを残している。 技術的に最も重要な量子属性であるスピンを潜在的な障壁によって分離された2つの状態に切り替える最も速く最も散逸しやすい方法は、全コヒーレントな偏差を引き起こすことである。 ピコ秒電気と磁場によるパイオニアリング実験と理論は、この可能性を示唆しているが、実際の力学は到達できないままである。 ここで、テラヘルツ (1 thz = 10$^{12}$ hz) の電磁パルスは、ポテンシャル障壁上のスピンのコヒーレントなナビゲーションを可能にし、対応する時間的およびスペクトル的指紋を明らかにする。 この目標は、反強磁性tmfeo$_{3}$のスピンとカスタム調整アンテナの局所強化thz電界を結合することによって達成される。 1 psの範囲内で、強烈なthzパルスは突然磁気異方性を変化させ、大振幅の弾道スピン運動を引き起こす。 特性相フリップ、マグノン共鳴の非対称分割、ファラデー信号の長寿命オフセットは、数値シミュレーションに則って、隣接するポテンシャルミニマへのコヒーレントスピンスイッチの指標である。 スイッチ可能なスピン状態は外部磁気バイアスにより選択することができる。 低散逸とアンテナのサブ波長空間定義は、THz速度で動くスケーラブルなスピンデバイスを容易にする。

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