Введение 5
1 Обзор литературы 6
1.1 Сверхбыстрое лазерно-индуцированное размагничивание в ферромагнитных металлах 6
1.2 Актуальность работы 9
1.3 Цель и задачи работы 10
2 Экспериментальная методика 12
2.1 Методика двуцветной магнитооптической накачки-зондирования 12
2.2 Тонкие пленки галфенола FeGa и многослойные структуры
на подложках GaAs 16
2.3 Интерпретация результатов измерений 20
3 Экспериментальные результаты 24
3.1 Лазерно-индуцированная динамика намагниченности для различных
типов структур 24
3.2 Зависимость времени и степени размагничивания от плотности энергии
импульса накачки 39
4 Моделирование лазерно-индуцированного размагничивания 44
4.1 Микроскопическая трех-температурная модель 44
4.2 Сопоставление с экспериментальными результатами 48
4.3 Особенности динамики размагничивания для структур, в которых присутствует граница раздела с GaAs 52
Заключение 56
Благодарности 58
Список использованных источников 59
В настоящее время ведется поиск новых и усовершенствованных подходов к управлению намагниченностью на сверхкоротких временных (менее 100 пикосекунд) и сверхмалых пространственных (нанометровых) масштабах. Воздействие фемтосекундными лазерными импульсами позволяет изменять магнитное состояние материалов и наноструктур на пико- и даже суб-пикосекундных временах [1]. Уже известен целый ряд процессов, возникающих при воздействии таких импульсов на магнитные материалы и приводящих к быстрому изменению величины или направления намагниченности [1; 2]. Среди таких процессов одним из самых важных и, в тоже время, не получившим до сих пор однозначной теоретической интерпретации является сверхбыстрое лазерно-индуцированное
размагничивание, которое было впервые обнаружено в 1996 году [3]. Сверхбыстрое размагничивание лежит в основе полностью оптического переключения намагниченности [4], которое может быть использовано в устройствах записи и хранения информации. В данной работе экспериментально исследовано сверхбыстрое лазерно-индуцированное размагничивание в тонких пленках ферромагнитного металла галфнола. Также изучено влияние на параметры динамики размагничивания таких факторов, как толщина ферромагнитной пленки и граница раздела с другими материалами.
Основной целью данной работы являлся поиск способов управления лазерно-индуцированным сверхбыстрым размагничиванием в тонких пленках ферромагнитного металла. В соответствии с этим мною в ходе исследования были решены следующие основные задачи:
1) Экспериментальное исследование сверхбыстрого размагничивания в тонких пленках ферромагнитного металла галфенола Fe0.8iGao.19 (FeGa).
2) Установление факторов, влияющих на динамику и величину размагничивания, таких как толщина пленки и граница раздела с другими материалами.
3) Моделирование лазерно-индуцированного размагничивания с использованием микроскопической трех-температурной (M3TM) модели и сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными.
Согласно поставленным задачам в работе были получены следующие основные результаты:
1) Экспериментально получены кривые размагничивания в тонких пленках галфенола на подложке GaAs c толщиной слоя FeGa 4, 5, 10, 20, 50 и 100 нм, а также в многослойных образцах FeGa(7 нм)/^^ нм)/GaAs и FeGa(7 нм)/0ц(5 нм)/FeGa(4 нм)/GaAs. Выявлено существенное отличие характера динамики сверхбыстрого размагничивания в пленке 4 нм от пленок с большей толщиной и многослойных образцов.
2) Обнаружено влияние толщины пленки на степень сверхбыстрого размагничивания, показано, что при увеличении толщины степень размагничивания уменьшается для фиксированной плотности энергии в лазерном импульсе.
3) Границы раздела FeGa с Cu и GaAs оказывают влияние на величину и время размагничивания, граница раздела с GaAs также оказывает существенное влияние на характер размагничивания.
4) При сопоставлении результатов расчетов по М3ТМ-модели выявлено качественное соответствие экспериментальных и расчетных кривых временных зависимостей сверхбыстрого размагничивания для пленок FeGa толщиной 5 нм и более.
5) Теоретическая модель не выявляет изменения характера сверхбыстрого размагничивания при уменьшении толщины пленки до 4 нм, наблюдаемого в эксперименте. Мы предполагаем, что такое несоответствие указывает на то, что в пленке с малой толщиной существенное влияние на размагничивание оказывают такие факторы, как спин-орбитальное взаимодействие на границе раздела с GaAs, отличное от объемного, и супердиффузионный транспорт, которые не включены в M3TM-модель.
В заключение можно сказать, что результаты, полученные в данной работе, позволяют расширить имеющиеся научные данные об особенностях взаимодействия ферромагнитных металлов с фемтосекундными лазерными импульсами, в том числе о динамике сверхбыстрого лазерно- индуцированного размагничивания и факторах, влияющих на его характер. Эти сведения открывают перспективу для разработки магнитных гетероструктур со свойствами, оптимизированными для получения различных типов отклика намагниченности таких структур на оптическое возбуждение. Создание таких новых структур будет восстербовано при разработке, например, усовершенствованных и новых элементов памяти и обработки информации для информационные технологий.
