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扭曲光,操控自旋:通过逆法拉第效应和轨道角动量实现金纳米粒子磁化

Twisting Light, Steering Spins: Gold Nanoparticle Magnetization via Inverse Faraday Effect and Orbital Angular Momentum.

作者信息

Yang Xingyu, Hareau Chantal, Mivelle Mathieu

机构信息

Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, INSP, F-75005 Paris, France.

出版信息

Nano Lett. 2025 Jul 30;25(30):11549-11553. doi: 10.1021/acs.nanolett.5c02039. Epub 2025 Jun 26.

Abstract

We present a new approach to controlling magnetization in gold nanoparticles using the inverse Faraday effect combined with Laguerre-Gauss beams carrying orbital angular momentum. By tailoring the tilt of isophase planes, we induce drift photocurrents that generate magnetic fields tilted by up to 25° relative to the beam axis. The magnetic orientation can be reversed by switching polarization chirality or the orbital angular momentum sign, and it can be rotated azimuthally by repositioning the particle, accessing any angle over 2π steradians. This unprecedented level of control extends all-optical magnetization to three-dimensional orientations, potentially at ultrafast time scales given the near-instantaneous nature of the inverse Faraday effect. Our results pave the way for advanced spin-based applications, from triggering spin waves in magnetic materials to designing next-generation magnetic memory and logic devices.

摘要

我们提出了一种利用逆法拉第效应结合携带轨道角动量的拉盖尔 - 高斯光束来控制金纳米颗粒中磁化强度的新方法。通过调整等相面的倾斜度,我们诱导出漂移光电流,从而产生相对于光束轴倾斜高达25°的磁场。通过切换偏振手性或轨道角动量符号,可以反转磁取向,并且通过重新定位粒子可以使其方位角旋转,从而获得超过2π球面度的任何角度。这种前所未有的控制水平将全光磁化扩展到三维取向,鉴于逆法拉第效应的近乎即时性,可能在超快时间尺度上实现。我们的结果为先进的基于自旋的应用铺平了道路,从触发磁性材料中的自旋波到设计下一代磁存储器和逻辑器件。

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