Ultrafast optically-induced magnetization and conductivity dynamics in the europium chalcogenides

Abstract

De constante drang naar technologische innovatie en fundamentele kennisvergaring zorgt ervoor dat er over de hele wereld onderzoekers bezig zijn met het ontwikkelen van nieuwe materialen en met de controle van de fysische eigenschappen deze materialen. Buitengewoon interessant zijn de zogenaamde magnetische halfgeleiders. De term halfgeleider heeft betrekking op de elektrische geleidingseigenschappen van een materiaal. Een bekend voorbeeld van een halfgeleider is silicium dat gebruikt wordt in transistors in computer chips. Ook worden (ferro) magnetische materialen veel gebruikt in toepassingen. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de kobalt-gebaseerde legeringen die worden gebruikt als data- opslag medium in harde schijven. Mijn studies richten zich op een bekende, maar toch vrije exotische groep van magnetische halfgeleiders: de europium chalcogenides. Interessant is dat er in deze materialen een sterke samenhang is tussen de elektrische geleidingseigenschappen en de magnetische eigenschappen. De reden achter deze correlatie is echter nog steeds niet helemaal goed begrepen. De intrigerende elektrische en magnetische eigenschappen van de europium chalcogenides worden bestudeerd met behulp van een verscheidenheid aan moderne optische experimentele technieken. Gebruikmakende van sterke, ultrakorte (100 biljardste van een seconde) laser pulsen kunnen de fysische eigenschappen het materiaal optisch worden aangepast. De optische-geïnduceerde veranderingen in de magnetische en elektrische eigenschappen geven nieuwe informatie over de achtergrond van de correlatie tussen deze eigenschappen. De experimentele data kunnen worden geïnterpreteerd ervan uitgaande dat er verschillende zogenaamde quasi-deeltjes worden gevormd; namelijk magnetische excitonen en magnetische polaronen. The drive for technological innovation and fundamental knowledge acquisition ensures that researchers around the world are working on the development of new materials and on the control of the physical properties of these materials. Extremely interesting are the so-called magnetic semiconductors. The term semiconductor refers to the electrical properties (conduction) of a material. A well-known example of a semiconductor is silicon that is widely used in transistors in computer chips. Also (ferro) magnetic materials are widely used in different applications. Think for instance of the cobalt-based alloys that are used as data storage medium in hard drives. My studies focus on a well-known, but exotic group of magnetic semiconductors: the europium chalcogenides. Interesting is that in these materials there is a strong correlation between the electrical properties (conduction) and the magnetic properties. The reason behind this correlation is still not completely understood. The intriguing electrical and magnetic properties of the europium chalcogenides are studied using a variety of modern optical experimental techniques. Making use of strong, ultra-short (100-quadrillionth of a second) laser pulses, the physical properties of the material were optically adjusted. The optically-induced changes in the magnetic and electrical properties provide new information about the origin behind the correlation between these properties. The experimental data can be interpreted assuming that several kind of so-called quasi-particles are formed, namely magnetic excitons and magnetic polarons.