Modeling ultrafast demagnetization and spin transport: The interplay of spin-polarized electrons and thermal magnons

马格农 凝聚态物理 电子 自旋(空气动力学) 物理 磁化 自旋波 消磁场 磁化动力学 散射 旋转阀 自旋极化 自旋等离子体光子学 铁磁性 自旋霍尔效应 磁场 量子力学 热力学
作者
M. Beens,R. A. Duine,B. Koopmans
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (14) 被引量:23
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.144420
摘要

We theoretically investigate laser-induced spin transport in metallic magnetic heterostructures using an effective spin-transport description that treats itinerant electrons and thermal magnons on an equal footing. Electron-magnon scattering is included and taken as the driving force for ultrafast demagnetization. We assume that in the low-fluence limit, the magnon system remains in a quasiequilibrium, allowing a transient nonzero magnon chemical potential. In combination with the diffusive transport equations for the itinerant electrons, the description is used to chart the full spin dynamics within the heterostructure. In agreement with recent experiments, we find that in the case the spin-current-receiving material includes an efficient spin dissipation channel, the interfacial spin current becomes directly proportional to the temporal derivative of the magnetization. Based on an analytical calculation, we discuss that other relations between the spin current and magnetization may arise in the case the spin-current-receiving material displays inefficient spin-flip scattering. Finally, we discuss the role of (interfacial) magnon transport and show that, a priori, it cannot be neglected. However, its significance strongly depends on the system parameters.

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