逆法拉第效应的理论研究

逆法拉第效应的理论研究

论文摘要

线偏振光通过介质时偏振状态发生改变的现象称为法拉第效应。而圆偏振光射入某些介质时,介质产生静态磁化的现象,称为逆法拉第效应(IFE)。最近IFE首次在磁性材料中观察到,实现了圆偏振飞秒激光的非热磁化调控和超快全光磁记录。最早的IFE理论是纯唯象的。后来出现了等离子体的一些基于自由电子模型的IFE微观理论,IFE被认为是电子在圆偏振光驱动下作圆周运动而产生磁矩的结果。最近的实验进展激发了对IFE理论研究的新兴趣,磁性材料中的电子态一般不能作自由电子处理,量子效应往往需要考虑。Hertel把自由电子气作为连续流体处理,不涉及单个电子运动细节,得到金属中的IFE磁化强度,它是圆周运动理论的一半。本论文研究电子在圆偏振光驱动下的经典和量子动力学问题。首先详细研究经典运动产生的磁矩,电子的轨迹是轴线平行于初速度,横截面为椭圆的螺旋线,产生的磁矩与初速度方向有关,对磁矩统计平均得到的磁化强度也是圆周运动理论的一半。然后研究了电子在经典圆偏振光驱动下的量子力学,通过巧妙的变量替换和分离变量,得到了这个非定态问题的解析解,它由一个分立谱和一个不能归一化的连续谱组成,在经典轨道形成奇异的峰。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 目录
  • 1 绪论
  • 1.1 磁光效应
  • 1.2 超快激光非热磁化调控
  • 1.3 IFE的理论问题
  • 2 Hertel的理论
  • 3 金属中IFE的简单解释
  • 4 单电子在圆偏振光驱动下的量子动力学
  • 4.1 薛定谔方程的分离变量
  • 4.2 λ=0时的波函数,分立谱
  • 4.3 λ≠0时的波函数,连续谱
  • 5 结论与展望
  • 【附录一】 经典电磁场及其规范不变性
  • 【附录二】 带电粒子在电磁场中的哈密顿量
  • 参考文献
  • 在学期间发表论文清单
  • 致谢
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