Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Elektronische Theorie der ultraschnellen Spindynamik in NiO

Chun Li, Georgios Lefkidis und Wolfgang Häbner

Elektronische Theorie der ultraschnellen Spindynamik in NiO

NiO ist aufgrund seiner hohen Spindichte, antiferromagnetischen Ordnung und klar getrennten Intragap-Zuständen ein guter Kandidat für ultraschnelles magnetisches Schalten. Um die Schaltdynamik zu erkennen und zu überwachen, entwickeln wir einen systematischen Ansatz zur Untersuchung der optischen Erzeugung zweiter Harmonischer (SHG) in NiO, sowohl an der (001)-Oberfläche als auch im Volumen. In unseren Berechnungen wird NiO als doppelt eingebetteter Cluster modelliert. Alle Intragap-d-Zustände des Volumens und der (001)-Oberfläche werden mit hochkorrelierter Quantenchemie erhalten und unter dem Einfluss eines statischen Magnetfelds und eines Laserpulses zeitlich fortgepflanzt. Wir stellen fest, dass Entmagnetisierung und Schalten am besten in einem Subpikosekundenbereich mit linear statt zirkular polarisiertem Licht erreicht werden können. Wir zeigen auch, wie wichtig die Einbeziehung eines externen Magnetfelds ist, um Spin-up- und Spin-down-Zustände zu unterscheiden, und wie notwendig die Einbeziehung von magnetischen Dipolübergängen ist, um den Prozess im zentrosymmetrischen Volumen zu realisieren. Nachdem wir bereits die Auswirkungen von Phononen in der SHG für das Bulk-NiO im Rahmen der Frozen-Phonon-Näherung gezeigt haben und dem gleichen Gedankengang folgen, diskutieren wir die Rolle von Phononen in einem vollständig quantisierten Bild als Symmetrieabsenkungsmechanismus im Schaltszenario und untersuchen die elektronischen und Gittertemperatureffekte.