[發明專利]一種基于電偶極子輻射模型的任意取向磁化場的產生方法

有效

• 申請號: 201811283444.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109241682B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 王思聰;駱建軍;朱竹青;李向平
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 李唐明

本發明公開了一種基于電偶極子輻射模型的任意三維取向磁化場的產生方法，包括聚焦透鏡和特定空間取向振蕩的兩個電偶極子，根據電偶極子天線輻射理論計算得到遠場空間任意處兩個所述的電偶極子的輻射電場；根據透鏡函數，通過所述輻射電場逆向推導得到所述聚焦透鏡入瞳處的入射光場，根據所述入射光場，借助Debye矢量衍射理論計算得到聚焦光場，所述聚焦光場通過反法拉第效應計算得到相應取向的磁化場。本發明能夠產生亞波長尺度下任意三維空間取向的磁化場，且在磁化場半高全寬空間范圍內，磁化場取向純度可達93％以上。這將為微納空間尺度局域磁化行為的系統觀測以及多維全光磁存儲提供有力的技術支持。

技術領域

本發明屬于磁化場調控與光磁存儲技術領域，具體涉及一種基于電偶極子輻射模型的任意取向磁化場的產生方法。

背景技術

對磁材料的磁化場進行靈活調控，在磁動力學、自旋波操控以及磁信息記錄等研究領域中具有十分重要的意義。例如，通過對磁化場取向的調控，人們可靈活控制電子自旋波的振動與傳播方向，還可實現電子磁矩的反轉，并有效應用于磁存儲中。目前，人們主要基于外加磁場對磁材料磁化場取向進行調控。利用這種方法進行磁化場取向調控的弊端在于難以實現小空間尺度(微米、納米尺度)磁化場空間取向的精確控制。因而，外加磁場大多應用于大面積水平磁化場或垂直磁化場(即磁化場方向平行或垂直于磁材料表面)的調控中，極大地降低了磁化場取向調控的自由度。由于人們需要在減小磁化單元空間尺寸的基礎上，充分利用磁化場的三維空間取向，以實現微納空間尺度局域磁化行為的系統觀測，如何精確控制微納空間磁化場三維取向儼然成為當今磁學領域的重要議題。

與傳統外加磁場相比，光場具有更為豐富的物理屬性，例如波長、偏振態、角動量等。此外，光場還可通過高數值孔徑透鏡聚焦，將聚焦光斑限制在幾百納米的空間尺度。因此，若能將光場與磁材料磁化場聯系起來，即利用光場對磁化場進行調控，微納空間尺度三維取向磁化場的產生將變得更為靈活可行。二十世紀六十年代，反法拉第效應(InverseFaraday effect,IFE)被人們所提出(L.P.Pitaevskii,Sov.Phys.JEPT 12,1008(1961)；P.S.Pershan,Phys.Rev.130,919(1963))。當圓偏振入射光照射在光磁材料上時，光磁材料中將誘導產生等效磁場，并進一步影響磁材料的磁化場，且這一誘導磁化場的取向與入射圓偏振光的旋向和偏振面取向有關。由此可見，基于反法拉第效應，人們可通過調控入射光場的偏振態來實現對光磁材料磁化場的調控。基于這一原理，人們在理論上預測了亞波長尺度純縱向磁化場(Y.Jiang,et al.,Opt.Lett.38,2957(2013)；S.Wang,et al.,Opt.Lett.39,5022(2014))與純橫向磁化場(S.Wang,et al.,Opt.Lett.42,5050(2017))的產生。然而，這些工作也僅限于水平(純橫向)磁化場與垂直(純縱向)磁化場的調控，仍舊未對磁化場的三維空間取向加以有效利用。其主要原因在于，利用傳統的正向算法，即利用已知入射光場來計算聚焦空間中磁化場取向，人們難以找到任意三維取向磁化場與入射光場間的一一對應關系。這為光控獲取三維取向磁化場帶來了難以突破的技術瓶頸。

逆向算法為此提供了全新的思路。目前，逆向算法已應用于功能性聚焦光場結構的獲得，例如光針與球形光斑(W.Chen,et al.,Opt.Lett.34,2444(2009)；J.Wang,et al.,Opt.Express 18,21965(2010))。類似地，將所需的任意三維空間取向的磁化場作為出發點，利用電偶極子輻射模型逆推得到入射光場分布，將使光控獲取三維取向磁化場的瓶頸技術問題迎刃而解。

因此，有待對現有的技術進行進一步的改進，提供一種基于電偶極子輻射模型的任意三維空間取向的磁化場的產生方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于電偶極子輻射模型的任意三維空間取向磁化場的產生方法。