xvi
Contents
7.8
Demagnetization of Ferromagnetic Semiconductor:
GaMnAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.9
Antiferromagnetic Opto-spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.9.1 Brief History of the Emergence
of Antiferromagnetic Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.9.2 Probing and Optical Manipulation
of Antiferromagnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.10 All-Optical Spintronic Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.11 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8 Terahertz Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.2
What Is Terahertz Radiation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.3
Why Terahertz Radiation Is so Important? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
8.4
Why Do We Need Terahertz Spintronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.5
Spintronic Terahertz Emitter (STE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.5.1 Metallic Spintronic THz Emitter (MSTE) . . . . . . . . . . . 190
8.5.2 THz Emitter with Magnetic Insulator
(F)/Non-magnetic Metal (N) Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
8.5.3 Comparison Between Metallic Magnet (Fe)
and Non-metallic Magnet (YIG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.5.4 Terahertz Emission by Complex Magnetic
Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.6
Terahertz Writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.7
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.8
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
9 Semiconductor Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.2
Issues to Be Considered . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
9.3
Materials, Structures and Spin Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.4
Spin-Polarized Semiconductor Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9.4.1 Three Terminal Spintronic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
9.4.2 Spin-Polarized Field-Effect Transistors
(Spin FET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9.4.3 Spin Light Emitting Diode (Spin LED) . . . . . . . . . . . . . 208
9.4.4 Spin-Polarized Resonant Tunnelling Diodes
(Spin RTD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9.4.5 Spin Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.5
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9.6
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Contents
7.8
Demagnetization of Ferromagnetic Semiconductor:
GaMnAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.9
Antiferromagnetic Opto-spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.9.1 Brief History of the Emergence
of Antiferromagnetic Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.9.2 Probing and Optical Manipulation
of Antiferromagnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.10 All-Optical Spintronic Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.11 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8 Terahertz Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.2
What Is Terahertz Radiation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.3
Why Terahertz Radiation Is so Important? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
8.4
Why Do We Need Terahertz Spintronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.5
Spintronic Terahertz Emitter (STE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.5.1 Metallic Spintronic THz Emitter (MSTE) . . . . . . . . . . . 190
8.5.2 THz Emitter with Magnetic Insulator
(F)/Non-magnetic Metal (N) Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
8.5.3 Comparison Between Metallic Magnet (Fe)
and Non-metallic Magnet (YIG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.5.4 Terahertz Emission by Complex Magnetic
Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.6
Terahertz Writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.7
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.8
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
9 Semiconductor Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.2
Issues to Be Considered . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
9.3
Materials, Structures and Spin Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.4
Spin-Polarized Semiconductor Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9.4.1 Three Terminal Spintronic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
9.4.2 Spin-Polarized Field-Effect Transistors
(Spin FET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9.4.3 Spin Light Emitting Diode (Spin LED) . . . . . . . . . . . . . 208
9.4.4 Spin-Polarized Resonant Tunnelling Diodes
(Spin RTD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9.4.5 Spin Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.5
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9.6
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220