Preview

Российский технологический журнал

Расширенный поиск

Лазерно-индуцированная спиновая динамика в пленке железо-иттриевого граната, легированного ионами Si

https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-58-66

Полный текст:

Аннотация

Непрерывный рост объема хранимых и обрабатываемых данных проводит к ужесточению требований к носителям информации. Наиболее распространенная в настоящее время технология хранения информации основана на магнитных материалах, где информации в виде «0» и «1» ставится в соответствие локальное направление намагниченности, определяемое внешним магнитным полем, создаваемым устройством записи. Известно, что данный подход имеет фундаментальное ограничение по скорости записи, которое почти достигнуто. Также ужесточаются требования к энергоэффективности носителей данных. Данные обстоятельства приводят к развитию альтернативных подходов к записи информации. Один из таких подходов был продемонстрирован в области сверхбыстрого оптомагнетизма, которая бурно развивается в последние 20 лет. Этот подход заключается в записи информации короткими оптическими импульсами без приложения внешнего магнитного поля. Однако он требует фундаментальных исследований физических процессов, а также материалов, в которых возможно управление намагниченностью короткими оптическими импульсами. В данной работе рассматривается спиновая динамика в магнитном диэлектрике: пленке железо-иттриевого граната легированного кремнием. Исследования проводились с помощью методики накачки – зондирования на временном диапазоне до 800 нс. Размер пятна составил 30 мкм, длительность оптического импульса 35 фс, плотность мощности излучения накачки около 50 мДж/см2. Показано, что изменение констант магнитокристаллической анизотропии вследствие воздействия на структуру возбуждающим импульсом вызывает долгозатухающую прецессию намагниченности с периодом порядка 200 пс. Получены и проанализированы зависимости амплитуды, фазы и затухания прецессии от величины внешнего магнитного поля в диапазоне до 1.84 кЭ. Изученные процессы могут быть рассмотрены в рамках модели Ландау-Лифшица-Гилберта, и представлять интерес для оптического переключения намагниченности, а также создания различных спинтронных устройств. Показано, что пленки железо-иттриевого граната, легированного кремнием, являются перспективным материалом для магнитных носителей информации на основе сверхбыстрого оптомагнетизма.

Об авторах

С. В. Овчаренко
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Овчаренко Сергей Вадимович – аспирант кафедры наноэлектроники Физико - технологического института

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



М. С. Гапонов
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Гапонов Михаил Станиславович – аспирант кафедры наноэлектроники Физико - технологического института

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



Н. А. Ильин
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Ильин Никита Александрович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Физико - технологического института. Author ID: 18037137700

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



М. В. Логунов
Институт радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН
Россия

Логунов Михаил Владимирович – доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник. ResearcherID: J-9486-2013

125009, Москва, ул. Моховая, д. 11, корп.7



Anhua Wu
Шанхайский институт керамики, Китайская академия наук
Китай

Anhua Wu – профессор Центра исследования кристаллов

200050, Шанхай, 1295 Dingxi Rd



Е. Д. Мишина
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Мишина Елена Дмитриевна – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры наноэлектроники Физико - технологического института. ResearcherID: D-6402-2014, Scopus Author ID: 7005350309

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



Список литературы

1. Kustov M., Grechishkin R., Gusev M., Gasanov O., McCord J. A Novel Scheme of Thermographic Microimaging Using Pyro-Magneto-Optical Indicator Films. Adv. Mater. 2015;27(34):5017-5022. https://doi.org/10.1002/adma.201501859

2. Goto T., Morimoto R., Pritchard J.W., Mina M., Takagi H., Nakamura Y., Lim P.B., Taira T., Inoue M. Magneto-optical Q-switching using magnetic garnet film with micro magnetic domains. Opt. Express. 2016;24(16):17635-17643. https://doi.org/10.1364/OE.24.017635

3. Huang B., Clark, G., Navarro-Moratalla E., Klein D., Cheng R., Seyler K.L., Zhong D., Schmidgall E. Layerdependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit. Nature. 2017;546(7657):270-273. https://doi.org/10.1038/nature22391

4. Liu M., Zhang X. Plasmon-boosted magneto-optics. Nat. Photonics. 2013;7(6):429-430. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.134

5. Баранов П.Г., Калашникова А.М., Козуб В.И., Коренев В.Л., Кусраев Ю.Г., Писарев Р.В., Сапега В.Ф., Акимов И.А., Байер М., Щербаков А.В., Яковлев Д.Р. Спинтроника полупроводниковых, металлических, диэлектрических и гибридных структур» (к 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН). Успехи физических наук. 2019;189:849-880. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.11.038486

6. Beaurepaire E., Merle J.C., Daunois A., Bigot J.Y. Ultrafast spin dynamics in ferromagnetic nickel. Phys Rev Lett. 1996;76(22):4250-4253. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.4250

7. Kimel A.V., Li M. Writing magnetic memory with ultrashort light pulses. Nat. Rev. Mater. 2019;4(3):189-200. https://doi.org/10.1038/s41578-019-0086-3

8. Hansteen F., Kimel A., Kirilyuk A., Rasing T. Femtosecond photomagnetic switching of spins in ferrimagnetic garnet films. Phys. Rev. Lett. 2005;95(4):1-4. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.047402

9. Hansteen F., Kimel A., Kirilyuk A., Rasing T. Nonthermal ultrafast optical control of the magnetization in garnet films. Phys. Rev. B. 2006;73(1):article № 014421. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.014421

10. Stupakiewicz A., Szerenos K., Afanasiev D., Kirilyuk A., Kimel A.V. Ultrafast nonthermal photo-magnetic recording in a transparent medium. Nature [Internet]. 2017;542(7639):71-74. https://doi.org/10.1038/nature20807

11. Stupakiewicz A., Szerenos K., Davydova M.D., Zvezdin K.A., Zvezdin A.K., Kirilyuk A. Selection rules for all-optical magnetic recording in iron garnet. Nat. Commun. 2019;10(1):article № 612. https://doi.org/10.1038/s41467019-08458-w

12. Коваленко В., Колежук Е., Куц П. Фотомагнитная запись информации. Письма в ЖТФ. 1981;7(16):1012-1016.

13. Atoneche F., Kalashnikova A.M., Kimel A.V., Stupakiewicz A., Maziewski A., Kirilyuk A., et al. Large ultrafast photoinduced magnetic anisotropy in a cobalt-substituted yttrium iron garnet. Phys. Rev. B. 2010;81(21):article № 214440. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.214440

14. Koopmans B., Malinowski G., Dalla Longa F., Steiauf D., Fähnle M., Roth T., et al. Explaining the paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization. Nat. Mater. 2010;9(3):259-265. https://doi.org/10.1038/nmat2593

15. van Kampen M., Jozsa C., Kohlhepp J.T., LeClair P., Lagae L., de Jonge W.J.M., et al. All-Optical Probe of Coherent Spin Waves. Phys. Rev. Lett. 2002;88(22):article № 227201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.227201

16. Kimel A.V., Bentivegna F., Gridnev V.N., Pavlov V.V., Pisarev R.V., Rasing T. Room-temperature ultrafast carrier and spin dynamics in GaAs probed by the photoinduced magneto-optical Kerr effect. Phys. Rev. B. 2001;63(23): article № 235201. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.235201


Для цитирования:


Овчаренко С.В., Гапонов М.С., Ильин Н.А., Логунов М.В., Wu A., Мишина Е.Д. Лазерно-индуцированная спиновая динамика в пленке железо-иттриевого граната, легированного ионами Si. Российский технологический журнал. 2020;8(1):58-66. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-58-66

For citation:


Ovcharenko S.V., Gaponov M.S., Ilyin N.A., Logunov M.V., Wu A., Mishina E.D. Laser-induced spin dynamics in the iron-yttrium garnet film doped with Si ions. Russian Technological Journal. 2020;8(1):58-66. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-58-66

Просмотров: 424


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


ISSN 2500-316X (Online)