非线性THz磁化动力学响应中相对论性场导数力矩的证据

理解磁性系统中完整的光-自旋相互作用，是利用光学手段在超快时间尺度上操控磁化的关键。利用塞曼力矩通过太赫兹（THz）电磁场选择性寻址自旋，是控制磁激发最成功的超快手段之一。我们在此表明，这种传统的自旋塞曼力矩是不充分的，还需要额外的相对论性场导数力矩才能实现所观测到的磁化动力学。我们通过探索稀土铋掺杂铁石榴石在两个共传播THz脉冲激发下的超快非线性磁化动力学来实现这一点。首先，通过强THz脉冲激发样品并利用磁光法拉第效应探测磁化动力学，我们在0.48 THz处发现了稀土亚晶格与过渡金属亚晶格之间的集体交换共振模式。我们进一步通过THz时域光谱手段探索磁化动力学。我们发现，观测到的磁响应非线性轨迹无法映射到由塞曼力矩诱导的磁化进动，而由塞曼力矩叠加额外的场导数力矩则与实验证据一致。这一突破加深了我们对超相对论效应的理解，并为利用光诱导控制磁性系统的新技术铺平了道路。