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Université de Lorraine

1. Scheid, Philippe. Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods : Étude de la dynamique ultrarapide de l’aimantation induite par la lumière selon des méthodes ab initio.

Degree: Docteur es, Physique, 2020, Université de Lorraine

Cette thèse commence par une revue de l’état actuel de l’expérimentation et de la théorie liées à la désaimantation ultrarapide induite par de la lumière, ainsi qu'au retournement tout optique dépendant de l'hélicité. Ceci est suivi d’un aperçu de la théorie de la fonctionnelle de la densité, sur laquelle repose la plupart des travaux rapportés par la suite. La première partie des résultats concerne l’étude de l’effet d’une élévation de la température électronique sur les propriétés de la matière aimantée, et plus précisément Ni, Co, Fe et FePt. Nous montrons que le moment magnétique de chaque atome disparaı̂t à la température de Stoner, et que, de manière plus générale ce phénomène impacte l’énergie électronique et la chaleur spécifique, même à basse température électronique. Ensuite, nous montrons que lors d’une augmentation de la température électronique, l’échange interatomique d’Heisenberg, responsable de l’ordre magnétique, diminue. En utilisant l’équation de Landau–Lifshitz–Gilbert atomistique, nous démontrons que cette diminution est suffisante pour induire une forte réduction de l’aimantation moyenne en créant des excitations transversales. La deuxième partie des résultats concerne l’origine de la dépendante en l’hélicité de la dynamique induite par la lumière. Alors que la littérature l’attribue principalement à l’effet Faraday inverse, nous soutenons qu’un autre phénomène, se produisant lors de l’absorption de la lumière, peut rendre compte de la dynamique expérimentale. En effet, lorsque la lumière est absorbée et que les électrons sont excités, le couplage spin–orbite permet la modification de l’état de spin. Il en résulte un changement de la valeur des moments magnétiques atomiques, persistant même après la disparition de la lumière, par opposition à l’effet Faraday inverse. Ensuite, en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps, nous calculons la dynamique de l’aimantation induite par de véritables impulsions femtosecondes polarisées circulairement dans le domaine optique et XUV. Dans les deux cas, la dynamique est dépendante de l’hélicité. Cette caractéristique est largement amplifiée dans le régime XUV impliquant les états de semi–coeur 3p. Enfin, nous comparons le rôle relatif de l’effet Faraday inverse et de l’aimantation induite lors de l’absorption de la lumière et montrons que cette dernière joue un rôle prépondérant, surtout après la disparition de la lumière et en régime XUV.

This thesis begins with a review of the current experimental and theoretical state of the art related to the light-induced ultrafast demagnetization and the all-optical helicity-dependent switching. This is followed by an overview of density functional theory, upon which relies most of the work reported thereafter. The first set of results concerns the ab initio study of the effect of a rise in the electronic temperature on the magnetized matter properties, and more specifically Fe, Co, Ni and FePt. We show that the magnetic moment carried by each atom disappears at the so–called Stoner…

Advisors/Committee Members: Lebègue, Sébastien (thesis director), Malinowski, Grégory (thesis director).

Subjects/Keywords: Magnétisme; Ab initio; Théorie de la fonctionnelle de la densité; Théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps; Désaimantation ultrarapide; Retournement tout-optique; Magnetism; Ab initio; Density functional theory; Time-dependent density functional theory; Ultrafast demagnetization; All-optical switching; 538.3

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Scheid, P. (2020). Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods : Étude de la dynamique ultrarapide de l’aimantation induite par la lumière selon des méthodes ab initio. (Doctoral Dissertation). Université de Lorraine. Retrieved from http://www.theses.fr/2020LORR0166

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Scheid, Philippe. “Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods : Étude de la dynamique ultrarapide de l’aimantation induite par la lumière selon des méthodes ab initio.” 2020. Doctoral Dissertation, Université de Lorraine. Accessed April 19, 2021. http://www.theses.fr/2020LORR0166.

MLA Handbook (7th Edition):

Scheid, Philippe. “Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods : Étude de la dynamique ultrarapide de l’aimantation induite par la lumière selon des méthodes ab initio.” 2020. Web. 19 Apr 2021.

Vancouver:

Scheid P. Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods : Étude de la dynamique ultrarapide de l’aimantation induite par la lumière selon des méthodes ab initio. [Internet] [Doctoral dissertation]. Université de Lorraine; 2020. [cited 2021 Apr 19]. Available from: http://www.theses.fr/2020LORR0166.

Council of Science Editors:

Scheid P. Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods : Étude de la dynamique ultrarapide de l’aimantation induite par la lumière selon des méthodes ab initio. [Doctoral Dissertation]. Université de Lorraine; 2020. Available from: http://www.theses.fr/2020LORR0166

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