論文の概要: Quantum-classical approach to spin and charge pumping and the ensuing radiation in THz spintronics: Example of ultrafast-light-driven Weyl antiferromagnet Mn$_3$Sn

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.03645v3
• Date: Tue, 11 Apr 2023 23:15:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-13 18:38:03.526937
• Title: Quantum-classical approach to spin and charge pumping and the ensuing radiation in THz spintronics: Example of ultrafast-light-driven Weyl antiferromagnet Mn$_3$Sn
• Title（参考訳）: thzスピントロニクスにおけるスピン・電荷励起の量子古典的アプローチ--超高速ワイル反強磁性体mn$_3$snの例
• Authors: Abhin Suresh, Branislav K. Nikolic
• Abstract要約: 我々は、fs光パルスがスピンと電荷の励起と電磁放射を後者によってどのように生成するかを示す。 LLGダイナミックスとSOカップリングのオン/オフにより、どの顕微鏡機構が最もTHz放射に寄与するかを解明する。
• 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: The interaction of fs light pulses with magnetic materials has been intensely studied for more than two decades in order to understand ultrafast demagnetization in single magnetic layers or THz emission from their bilayers with nonmagnetic spin-orbit (SO) materials. Here we develop a multiscale quantum-classical formalism -- where conduction electrons are described by quantum master equation of the Lindblad type; classical dynamics of local magnetization is described by the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation; and incoming light is described by classical vector potential while outgoing electromagnetic radiation is computed using Jefimenko equations for retarded electric and magnetic fields -- and apply it a bilayer of antiferromagnetic Weyl semimetal Mn$_3$Sn with noncollinear local magnetization in contact with SO-coupled nonmagnetic material. Our QME+LLG+Jefimenko scheme makes it possible to understand how fs light pulse generates directly spin and charge pumping and electromagnetic radiation by the latter, including both odd and even high harmonics (of the pulse center frequency) up to order $n \le 7$. The directly pumped spin current then exert spin torque on local magnetization whose dynamics, in turn, pumps additional spin and charge currents radiating in the THz range. By switching on and off LLG dynamics and SO couplings, we unravel which microscopic mechanism contribute the most to emitted THz radiation -- charge pumping by local magnetization of Mn$_3$Sn in the presence of its intrinsic SO coupling is far more important than standardly assumed (for other types of magnetic layers) spin pumping and subsequent spin-to-charge conversion within the neighboring nonmagnetic SO-coupled material.
• Abstract（参考訳）: fs光パルスと磁気材料との相互作用は、単一磁性層における超高速脱磁や2層からのthz放出を非磁性スピン軌道(so)材料と理解するために、20年以上にわたって激しく研究されてきた。 Here we develop a multiscale quantum-classical formalism -- where conduction electrons are described by quantum master equation of the Lindblad type; classical dynamics of local magnetization is described by the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation; and incoming light is described by classical vector potential while outgoing electromagnetic radiation is computed using Jefimenko equations for retarded electric and magnetic fields -- and apply it a bilayer of antiferromagnetic Weyl semimetal Mn$_3$Sn with noncollinear local magnetization in contact with SO-coupled nonmagnetic material. 我々のQME+LLG+Jefimenko方式は、fs光パルスが直接スピンと電荷ポンプと電磁放射を後者によってどのように生成するかを理解することができる。 直接励起されたスピン電流は局所磁化にスピントルクを作用させ、そのダイナミクスはTHz範囲で放射される追加のスピンと電荷電流を励起する。 llgダイナミックスおよびsoカップリングをオン・オフすることで、その内部にmn$_3$snの局所磁化によるチャージポンプ機構が、隣り合う非磁性のsoカップリング材料におけるスピンポンプおよびその後のスピン・ツー・チャージ変換よりも極めて重要であることを解明する。

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