Magnetic field induced by chiral coherent phonons in condensed matter

Abstract

This thesis investigates the excitation and detection of chiral coherent phonons to induce transient magnetization in non-magnetic materials, specifically silicon, presenting a novel concept for spintronic and information technology. Because circularly polarized phonons in materials with covalent bonds cannot be excited by circularly polarized light, stimulated Raman scattering is utilized. By applying two orthogonal, time-delayed in- frared pulses, chiral movement of the crystal lattice is achieved, theoretically inducing magnetic field. For quantitative detection, an extended three-pulse pump-probe experi- mental setup was introduced and assembled, using an ultraviolet probe to measure polar- ization rotation via polar Kerr effect. Initial measurements successfully demonstrated the generation of free carriers and one-dimensional coherent phonon oscillations. Although the direct observation of chiral phonons was limited by the sample's microscopic window size relative to the laser focus, the fundamental methodology and setup were successfully validated.

Tato práce se zabývá excitací a detekcí chirálních koherentních fononů indukujících přechodnou magnetizaci v nemagnetických materiálech, konkrétně křemíku, což před- stavuje nový koncept pro spintroniku a informační technologie. Protože kruhově polari- zované fonony v materiálech s kovalentními vazbami nemohou být excitovány kruhově polarizovaným světlem, je použit stimulovaný Ramanův rozptyl. Přivedením dvou na- vzájem kolmých, časově zpožděných infračervených pulzů je dosažené chirálního pohybu krystalické mřížky, což teoreticky indukuje magnetické pole. Pro kvantitativní detekci bylo zavedeno a sestaveno rozšířené experimenální uspořádání excitace a sondování třemi pulzy, které využívá ultrafialový sondovací svazek k měření stáčení polarizace způsobené polárním Kerrovým jevem. Počáteční měření úspěšně prokazují generaci volných nosičů a jedno-dimenzionální oscilaci koherentních fononů. Přestože přímé pozorování chirálnách fononů bylo omezeno mikroskopickou velikostí okna vzorku vůči ohnisku laseru, základní metodologie a uspořádání byly úspěšně ověřeny.