Preview

Российский технологический журнал

Расширенный поиск

Динамика намагниченности в многослойных структурах TbCo/FeCo под действием фемтосекундного оптического возбуждения

https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-3-50-58

Полный текст:

Аннотация

Необходимость исследования сверхбыстрых процессов в магнетизме обусловлена перспективами создания сверхбыстрой магнитной записи и сверхбыстрых спинтронных устройств. Для возбуждения магнитной подсистемы, выражающегося в спиновой прецессии, используются фемтосекундные оптические импульсы. В металлах, вследствие значительного оптического поглощения, в первую очередь происходит нагрев материала и значительные джоулевы потери. Важнейшей задачей является поиск материалов, в которых спиновые процессы возбуждаются без нагрева. Очевидными кандидатами являются слабо поглощающие материалы, например, феррит-гранаты. Однако набор таких материалов и спектр их функциональных возможностей ограничен. Целью данной работы является выявление особенностей динамики систем с нетепловыми механизмами возбуждения спиновой прецессии. Такое возбуждение возможно в гетероструктурах ферромагнетик/аниферромагнетик с обменным взаимодействием при условии, что время рекомбинации фотоносителей меньше, чем время диффузии тепла. Исследованы на фемтосекундный оптический импульс ближнего ИК-диапазона многослойные структуры TbCo/FeCo. Проведено сравнение спиновой динамики при направлении волнового вектора возбуждающего импульса вдоль и перпендикулярно оси легкого намагничивания структур (геометрии «легкая ось» и «трудная ось», соответственно). Показано, что в геометрии «легкая ось» определяющим является тепловой механизм взаимодействия, который при воздействии возбуждающего импульса приводит к уменьшению проекции намагниченности на направление распространения пробного луча. В геометрии «трудная ось» на начальном этапе намагниченность разворачивается к магнитному полю, а затем, прецессируя, релаксирует к равновесной угловой ориентации. Такая динамика указывает на быстрое восстановление величины поля одноосной анизотропии после лазерного воздействия. Представленные результаты демонстрируют сверхбыстрое изменение магнитной анизотропии, наведенной в процессе изготовления исследуемой гетероструктуры, что может представлять интерес для оптического управления ориентацией намагниченности. 

Об авторах

Н. А. Ильин
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

кандидат физ.-мат. наук, научный сотрудник лаборатории фемтосекундной оптики для нанотехнологий

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Author ID: 18037137700



А. А. Климов
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

кандидат физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры информационных системы Института кибернетики

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Author ID: 35391085300



N. Tiercelin
University Lille, CNRS, Centrale Lille, ISEN, Univ. Valenciennes
Франция

Charge de Recherche CNRS-HDR,

UMR 8520 – IEMN, 59651 Villeneuve d’Ascq, France.

Author ID: 6603515103



P. Pernod
University Lille, CNRS, Centrale Lille, ISEN, Univ. Valenciennes
Франция

CNRS-HDR,

UMR 8520 – IEMN, 59651 Villeneuve d’Ascq, France.

Author ID:7003429648



Е. Д. Мишина
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией фемтосекундной оптики для нанотехнологий

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Author ID:7005350309



М. С. Гапонов
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

аспирант кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

 E-mail: 



К. А. Брехов
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

младший научный сотрудник лаборатории фемтосекундной оптики для нанотехнологий

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Author ID: 55452447100



А. С. Сигов
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

академик РАН, доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78)

Author ID: 35557510600



В. Л. Преображенский
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
Россия

доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник

119991, Россия, Москва, ул. Вавилова, д. 38

Author ID: 7004493603

 



Список литературы

1. Sander D., Valenzuela S.O., Makarov D., Marrows C.H., Fullerton E.E., Fischer P., McCord J., Vavassori P., Mangin S., Pirro P., Hillebrands B., Kent A.D., Jungwirth T., Gutfleisch O., Kim C.G., Berger A. The 2017 Magnetism Roadmap // J. Phys. D. Appl. Phys. 2017. V. 50. № 36. P. 363001 (33 рр.).

2. Beaurepaire E., Merle J.-C., Daunois A., Bigot J.-Y. Ultrafast spin dynamics in ferromagnetic nickel // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 76. № 22. P. 4250–4253. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.4250

3. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. № 3. P. 2731–2784. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.2731

4. Stupakiewicz A., Szerenos K., Afanasiev D., Kirilyuk A., Kimel A.V. Ultrafast nonthermal photo-magnetic recording in a transparent medium // Nature. 2017. V. 542. № 7639. P. 71–74.

5. Kimel A.V., Kirilyuk A., Tsvetkov A., Pisarev R. V., Rasing T. Laser-induced ultrafast spin reorientation in the antiferromagnet TmFeO3 // Nature. 2004. V. 429. № 6994. P. 850–853. DOI: 10.1038/nature 02659.

6. Kimel A.V., Kirilyuk A., Usachev P.A., Pisarev R. V., Balbashov A.M., Rasing T. Ultrafast non-thermal control of magnetization by instantaneous photomagnetic pulses // Nature. 2005. V. 435. № 7042. P. 655–657. DOI: 10.1038/nature 03564.

7. Ma X., Fang F., Li Q., Zhu J., Yang Y., Wu Y.Z., Zhao H.B., Lüpke G. Ultrafast spin exchange-coupling torque via photo-excited charge-transfer processes. // Nat. Commun. 2015. V. 6. № 1. P. 8800. DOI: 10.1038/ncomms9800.

8. Klimov A., Tiercelin N., Preobrazhensky V., Pernod P. Inhomogeneous spin reorientation transition (SRT) in giant magnetostrictive TbCo2/FeCo multilayers // INTERMAG 2006 – IEEE International Magnetics Conference. 2006. P. 452–452. https://doi.org/10.1109/INTMAG.2006.376176

9. Koopmans B., Malinowski G., Dalla Longa F., Steiauf D., Fähnle M., Roth T., Cinchetti M., Aeschlimann M. Explaining the paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization // Nature Materials. 2009. V. 9. № 3. P. 259–265. DOI: 10.1038/NMAT2593

10. He P., Ma X., Zhang J.W., Zhao H.B., Lüpke G., Shi Z., Zhou S.M. Quadratic scaling of intrinsic gilbert damping with spin-orbital coupling in FePdPt films: Experiments and Ab Initio calculations // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. № 7. P. 077203-5. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.077203


Дополнительные файлы

1. Рис. 1. Схема эксперимента: а – вид сверху, б – вид сбоку. Цифрами на рисунках обозначены две геометрии эксперимента: 1) «легкая ось» (лежит в плоскости падения; 2) «трудная ось» (перпендикулярна плоскости падения).
Тема
Тип Research Instrument
Посмотреть (35KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Ильин Н.А., Климов А.А., Tiercelin N., Pernod P., Мишина Е.Д., Гапонов М.С., Брехов К.А., Сигов А.С., Преображенский В.Л. Динамика намагниченности в многослойных структурах TbCo/FeCo под действием фемтосекундного оптического возбуждения. Российский технологический журнал. 2019;7(3):50-58. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-3-50-58

For citation:


Ilyin N.A., Klimov A.A., Tiercelin N., Pernod P., Mishina E.D., Gaponov M.S., Brekhov K.A., Sigov A.S., Preobrazhensky V.L. Dynamics of Magnetization in Multilayer TbCo / FeCo Structures under the Influence of Femtosecond Optical Excitation. Russian Technological Journal. 2019;7(3):50-58. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-3-50-58

Просмотров: 420


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-316X (Online)