超高速レーザーパルスによって誘起される磁化の全光スイッチング(AOS)は基本的に興味深いものであり、現在の技術よりも3桁大きい磁気データ記憶のための前例のない速度が見込まれる。AOSにおいて複数のパルスで示されている。フェムト秒の時間スケール内で強磁性磁化を反転させるのに必要な磁場は物理的には高くないので、スイッチングプロセスのパルス持続時間を超える長時間の磁場が存在するとの仮説もある。これは、逆ファラデー効果(IFE)から生じる光誘導磁場に基づく現象学的説明と直観的に矛盾する。ここでは、AOSプロセスを数値的に研究し、誘導磁場の持続時間の長年のパラドックスに新しい洞察を提供する。長期の磁場持続時間は、超高速光熱および光磁気結合から生じることを示す。Fockker-PlanckとLandau-Lifshitz-Blochのモデルでは、スピンと熱浴との結合強度が異なるシングルパルスとマルチパルスのAOSを数値的に検討した。この数値モデルは、AOSに適した強磁性材料を見つけるための方法を提供する。磁化およびスピン操作は、外部磁場を印加することなく、スピン偏極電流および超高速レーザーパルスによる電界によって達成することができる。60フェムト秒レーザーパルスによるニッケル膜の超高速減磁の発見以来、磁化の超高速光学操作が現代の磁気では盛んな指針として浮上してきた。その後の研究は、現象を裏付けるだけでなく、光学的にコヒーレント磁気歳差運動を発生させ、光学的にスピン再配向を誘発する可能性を実証した。超高速磁化操作において広く議論されているトピックの1つは、円偏光レーザーパルスが外部磁場を印加することなく磁区を直接かつ確定的に切り替えることができることである。これは、全光学ヘリシティ依存スイッチングまたは単に全光スイッチング(AOS)と呼ばれる。フェリ磁性体、そして最近はCoPtおよび他の磁性薄膜、多層および粒状膜などの強磁性材料にまで拡大した。AOSにもかかわらず、AOSにおける超高速レーザーパルスの役割は依然として議論の対象となっている。形成およびレーザー誘起超拡散スピン流を含む、フリッピングの決定においていくつかのメカニズムが重要であることを示唆している。フェリ磁性材料の場合、AOSは、2つのフェリ磁性サブ格子の間の角運動量移動の結果として説明することができる。最近説明した強磁性材料では、この説明は副格子の欠如のために適用できない。AOSが最初に出たとき、円偏光されたレーザーパルスはAOSプロセスにおいて2つの効果を有すると一般に信じられていた。第1に、それは磁性材料中の電子を励起し、電子温度が約ピコ秒の時間スケール内でキュリー温度を上回って上昇するので減磁が起こる。第2に、円偏光されたレーザーによって磁場が誘導され、付勢された磁性材料の沈降過程の間にスイッチングが達成される。AOSシステムにおける逆ファラデー効果の起源は依然として不明であるため、誘導磁場の振幅または持続時間の直接測定はない。誘起された磁場持続時間を延長するための現象論的仮定を使用してフリッピングプロセスを説明するためのいくつかの試みがなされている。このような仮定は、逆ファラデー効果がレーザーパルスと共に消滅するはずであるという事実と一見矛盾する。ここでは、AOSプロセスを数値的に研究し、長時間の誘導磁場の存在を確認した。我々は、長時間誘起された磁場が、実験で直接観測されないフェムト秒およびピコ秒の時間スケールで複雑な光熱および光磁気結合に由来することを示した。我々は、強力な計算を実行する必要なしに他の研究者が使用できるAOSを予測するための単純化された分析モデルを導出した。シミュレーション結果は、いくつかの光学的、熱的および磁気的パラメータの下で、強磁性系の単一レーザーパルスAOSが可能であることを示しているが、実験的には示されていない。このモデルを用いて、観察された強磁性AOSが複数パルス下にあり、エッジ優勢のフリップも再現され、このモデルの実現可能性を示す。この研究は、AOSプロセスが起こり得るパラメータ領域の予測を可能にし、超高速磁気データ記録およびナノ磁気デバイスの開発を補助する。図1全光スイッチング(AOS)スキームと磁化の時間発展。レーザーパルスは、磁性材料を加熱し、レーザーパルスのヘリシティに応じて最終磁化を反転または保存する逆ファラデー効果(IFE)から生じる誘導磁場を加熱する。+)および下(M-)磁区に対応する。cm2のレーザーフルエンスによる有効磁場1Tに相当)に設定されている。スケールバーは10μmである。磁化Mの決定論的スイッチング中の4つの重要な量の時間推移。(a)レーザービームの中心におけるこれらの量の時間推移。)にそれぞれ正規化される。ゼロ温度での飽和磁化である。normは正規化されたレーザーパルスを表す。フィールドは、1.0psで10倍、12.0,18.0,100psで100倍に拡大される。スケールバーは10μmである。3レーザーフルエンスのスイッチング閾値。レーザービームの直径は10μmである。