Menu



Exportar registro bibliográfico

Metrics:

Tese

Resonant photoexcitation of magnetic semiconductors: how a single photon orchestrates coherence in thousands of lattice spins (2025)

  • Authors:
  • Autor USP: KOOTEN, SJOERD CORNELIS PIETER VAN - IF
  • Unidade: IF
  • Sigla do Departamento: FMT
  • DOI: 10.11606/T.43.2025.tde-21082025-174416
  • Subjects: MAGNETISMO; FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO; SPINTRÔNICA; ESPECTROSCOPIA; SEMICONDUTIVIDADE
  • Keywords: CALCOGENETOS DE EURÓPIO; EUROPIUM CHALCOGENIDES; MAGNETIC SEMICONDUCTORS; MAGNETISMO ULTRARRÁPIDO; MAGNETO-ÓPTICA; MAGNETO-OPTICS; POLARONS DE SPIN; SEMICONDUTORES MAGNÉTICOS; SPIN POLARONS; ULTRAFAST MAGNETISM
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Nosso grupo de pesquisa demonstrou anteriormente que, em semicondutores magnéticos intrínsecos, a absorção de um único fóton pode gerar um polaron de spin, cujo momento magnético pode atingir milhares de magnetons de Bohr. Os polarons de spin são excitados na escala de tempo ultrarrápida, fornecendo um novo método para a manipulação ultrarrápida da magnetização. Aqui, apresentamos uma investigação óptica dos polarons de spin nos calcogenetos de európio. Utilizando métodos estáticos e dinâmicos, avançamos na descrição tanto do polaron de spin quanto da estrutura de banda desses materiais. Apresentamos um modelo analítico, baseado na teoria de Weiss, para calcular o tamanho e a estrutura interna dos polarons de spin em semicondutores magnéticos, em função da temperatura. Comparamos os resultados com nossos experimentos e nossas simulações de Monte Carlo, produzindo excelente reprodução qualitativa de todas as características e concordância quantitativa dentro de 10%. Devido ao seu formalismo geral, o modelo é aplicável a qualquer semicondutor magnético, fornecendo uma base geral para a investigação de polarons de spin. Investigamos a influência da potência de excitação no momento magnético e na densidade dos polarons de spin. Quando aumenta a potência de excitação, a densidade dos polarons de spin cresce linearmente, enquanto seu momento magnético diminui. Mostramos que a redução do momento magnético se deve à extinção térmica causada pelo aquecimento fotoinduzido.Também demonstramos que nosso método fornece um caminho confiável para medir diretamente a temperatura da rede fora do equilíbrio. Usando a rotação de Faraday resolvida no tempo, descobrimos a dinâmica do spin envolvida na geração, crescimento e decaimento dos polarons de spin em EuSe. Desenvolvemos uma técnica experimental que fornece acesso direto à dinâmica do spin, do elétron e da temperatura, independentemente de suas interações mútuas. Os resultados mostram que o crescimento do polaron de spin diminui drasticamente quando o EuSe é resfriado até a temperatura de Néel, o que explicamos usando a nossa solução da equação de Landau-Lifshitz. Utilizamos simulações de Monte Carlo para atribuir essa desaceleração a uma diminuição na amplitude das flutuações do campo de Weiss. Também revelamos que, sob excitação por um pulso de luz, tanto os polarons de spin de vida curta quanto os de vida longa são excitados no EuSe. Medimos seus respectivos tempos de vida, resultando em 0.5 ns e 0.5 µs. Com base na diferença notavelmente grande no tempo de vida, de três ordens de magnitude, propomos que os elétrons que formam polarons de spin de vida curta decaem através de transições permitidas por dipolo, enquanto os elétrons que formam polarons de spin de vida longa acabam em um estado no qual a recombinação com o buraco é proibida. Investigamos mais a fundo a origem do estado do polaron de spin.É geralmente aceito que o fundo da banda de condução em calcogenetos de európio é formada por orbitais 5d e 6s, embora não haja consenso sobre qual é o estado de menor energia. Analisamos criticamente o método de Born-Haber para os níveis de energia eletrônicos da borda de banda e revisamos cálculos numéricos de banda de outros grupos. Com base na nossa análise, propomos que o fundo da banda de condução 6s esteja abaixo ou no mesmo nível do fundo da banda 5d. A proposta é consistente com nossos resultados dinâmicos, onde elétrons 5d de vida curta se recombinam rapidamente com o nível de valência 4f, enquanto a recombinação de elétrons 6s de vida longa com o estado de valência 4f é proibida
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 28.07.2025
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI
    Informações sobre o DOI: 10.11606/T.43.2025.tde-21082025-174416 (Fonte: oaDOI API)
    • Este periódico é de acesso aberto
    • Este artigo é de acesso aberto
    • URL de acesso aberto
    • Cor do Acesso Aberto: gold
    • Licença: cc-by-nc-sa
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      KOOTEN, Sjoerd Cornelis Pieter Van. Resonant photoexcitation of magnetic semiconductors: how a single photon orchestrates coherence in thousands of lattice spins. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21082025-174416/. Acesso em: 27 dez. 2025.

    • APA

      Kooten, S. C. P. V. (2025). Resonant photoexcitation of magnetic semiconductors: how a single photon orchestrates coherence in thousands of lattice spins (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21082025-174416/

    • NLM

      Kooten SCPV. Resonant photoexcitation of magnetic semiconductors: how a single photon orchestrates coherence in thousands of lattice spins [Internet]. 2025 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21082025-174416/

    • Vancouver

      Kooten SCPV. Resonant photoexcitation of magnetic semiconductors: how a single photon orchestrates coherence in thousands of lattice spins [Internet]. 2025 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21082025-174416/

    Últimas obras dos mesmos autores vinculados com a USP cadastradas na BDPI:

Digital Library of Intellectual Production of Universidade de São Paulo     2012 - 2025