Magnétisme induit par la lumière dans les agrégats
Light-induced magnetism in clusters
Rajarshi Sinha-Roy (équipe Physico-chimie théorique), en collaboration avec des collègues de Strasbourg, a publié un article intitulé "Orbital magnetism through inverse Faraday effect in metal clusters" dans la revue Nanophotonics. Cet article a fait la couverture de la revue.
Rajarshi Sinha-Roy (Theochem team), with colleagues from Strasbourg, published an article entitled "Orbital magnetism through inverse Faraday effect in metal clusters" in the journalNanophotonics. This article was selected the cover story.
Il est bien connu que le magnétisme dans les atomes et les molécules provient du spin et du moment angulaire des électrons. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies ont confirmé cette relation pour les solides également. Dans les agrégats, dont la taille se situe entre celle des molécules et celle des solides, la contribution du magnétisme orbital n'a attiré l'attention que récemment, notamment grâce à leurs propriétés plasmoniques.
Ce travail démontre, pour la première fois, la faisabilité de générer un magnétisme orbital induit par la lumière dans des agrégats métalliques plasmoniques. L'étude théorique ab-initio explore la dynamique quantique du transfert du moment angulaire d'un champ lumineux polarisé circulairement vers le système électronique, donnant lieu à un moment magnétique orbital dépendant du temps via l'effet Faraday inverse (IFE). La prise en compte explicite d’une description atomiquement précise des agrégats a permis de comprendre l'influence de la structure électronique d'un métal donné, ainsi que d'identifier la contribution inégale des électrons ayant un nombre qunatuique azimutal différent. Les simulations ont également montré que l'excitation à l'énergie plasmonique peut induire une magnétisation orbitale dans un agrégat métallique en quelques dizaines de femtosecondes, soit une vitesse au moins deux ordres de grandeur plus rapide que celle de la commutation magnétique dans les matériaux actuels.
Ce travail démontre, pour la première fois, la faisabilité de générer un magnétisme orbital induit par la lumière dans des agrégats métalliques plasmoniques. L'étude théorique ab-initio explore la dynamique quantique du transfert du moment angulaire d'un champ lumineux polarisé circulairement vers le système électronique, donnant lieu à un moment magnétique orbital dépendant du temps via l'effet Faraday inverse (IFE). La prise en compte explicite d’une description atomiquement précise des agrégats a permis de comprendre l'influence de la structure électronique d'un métal donné, ainsi que d'identifier la contribution inégale des électrons ayant un nombre qunatuique azimutal différent. Les simulations ont également montré que l'excitation à l'énergie plasmonique peut induire une magnétisation orbitale dans un agrégat métallique en quelques dizaines de femtosecondes, soit une vitesse au moins deux ordres de grandeur plus rapide que celle de la commutation magnétique dans les matériaux actuels.
Magnetism in atoms and molecules is well-known to have contributions from the spin and the angular moment of the electrons. Researches in the last two decades have pushed this statement to hold for solids as well. In clusters, which possess sizes in between molecules and solids, the contribution of orbital magnetism has caught attention only recently, thanks to the plasmonic characteristics.
This work demonstrates for the first time the feasibility of generating light-induced orbital magnetism in metal clusters. The ab-initio theoretical study explores the quantum mechanical dynamics of the transfer of angular momentum from a circularly polarized light field to the electronic system, giving rise to a time-dependent orbital magnetic moment via the inverse-Faraday-effect (IFE). Considering explicitly the atomically precise description of metal clusters allowed to unravel the effect of the electronic structure of a given metal, as well as to identify the different contribution from electrons having different azimuthal quantum number. The simulations also showed that excitation at plasmon energy can induce orbital magnetization in metal cluster in few tens of femtoseconds which is at least two orders of magnitude faster than the speed of magnetic switching in present-day materials.
This work demonstrates for the first time the feasibility of generating light-induced orbital magnetism in metal clusters. The ab-initio theoretical study explores the quantum mechanical dynamics of the transfer of angular momentum from a circularly polarized light field to the electronic system, giving rise to a time-dependent orbital magnetic moment via the inverse-Faraday-effect (IFE). Considering explicitly the atomically precise description of metal clusters allowed to unravel the effect of the electronic structure of a given metal, as well as to identify the different contribution from electrons having different azimuthal quantum number. The simulations also showed that excitation at plasmon energy can induce orbital magnetization in metal cluster in few tens of femtoseconds which is at least two orders of magnitude faster than the speed of magnetic switching in present-day materials.
