Wenn ultraschneller Laserpuls magnetische Materialien erfüllt

Die ultraschnelle Nichtgleichgewichtsmagnetisierung in korrelierten Spinsystemen wird in den letzten Jahren intensiv untersucht. Sowohl auf Grund- als auch auf Anwendungsebene bietet die ultraschnelle Laserpulsanregung und die Dynamikmessung einen effektiven Weg zur schnellen optischen Detektion sowie zur Steuerung der magnetischen Ordnung.

Bei der Messung des zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Effekts (TR-MOKE) werden ultraschnelle magnetische Relaxationsphänomen wie ultraschnelle Entmagnetisierung und gleichmäßige Präzession in magnetischen Medien beobachtet. Die optisch angeregte Magnetisierungspräzession in magnetischen Medien zeigt das zeitliche Ansprechen der Magnetisierung, wenn das effektive Magnetfeld augenblicklich durch ultraschnelle laserpointer astronomie pulsanregung verändert wird und Informationen über die Spindynamik mikroskopisch liefert.

In jüngster Zeit wurden umfangreiche Aufmerksamkeit auf die BiFeO3 (BFO) und Sr-dotierte LaMnO3-Heterostruktur für eine Reihe neuartiger physikalischer Eigenschaften, die aus der antiferromagnetischen (AFM) und ferromagnetischen (FM) Austausch-Wechselwirkung über die Heterointerface stammen, bezahlt.

In einem kürzlich in der SCIENCE CHINA Physik, Mechanik und Astronomie veröffentlichten Artikel berichteten Forscher am Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften über die ultraschnelle laserangeregte Magnetisierungsdynamik von ferromagnetischen (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) Dünnfilme mit epitaktisch gewachsenen BiFeO3 (BFO) Beschichtungsschichten.

Diese Forscher haben die BFO / LSMO-Heterostruktur mit dem Laserpointer Disco-Molekularstrahl-Epitaxiesystem hergestellt. Wie sie entworfen wurden, wurden 10 nm dicke LSMO-Dünnfilme auf (001) SrTiO3 (STO) Einkristallsubstraten abgeschieden und 3- oder 20 nm dicke BFO-Filme wurden auf die LSMO-Filme aufgetragen.

Die Röntgenbeugung wurde zur Strukturcharakterisierung durchgeführt. Mit dem ultraschnellen zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Effekt (TR-MOKE) -Messsystem, das sie bauten, messen die Forscher die zeitliche Reaktion der Proben, die sie innerhalb der Zeitskala von ~ 500 ps durch Pump-Sonden-Technik vorbereiteten.

Zwei verschiedene Arten von Oszillationen wurden gestartet, nachdem der Pumpimpuls die Probe erregt hatte. Die hochfrequente Oszillation bei ~ 103 GHz war unabhängig vom äußeren Magnetfeld, das den kohärenten akustischen Phononen zugeschrieben wurde, die in den STO-Substraten durch die Pump-Puls-Bestrahlung erzeugt wurden.

Der andere Oszillationsmodus trat bei einer niedrigeren Frequenz (10-30 GHz) auf und zeigte eine positive Abhängigkeit vom äußeren Magnetfeld. Diese Beziehung bestätigte das Oszillationsverhalten als die optisch ausgelöste Magnetisierungspräzession, die in magnetischen Medien bisher in ultraschnellen TR-MOKE-Messungen weitgehend beobachtet wurde.

Faszinierend schien durch Vergleich des optisch angeregten Präzessionsverhaltens der verschiedenen Proben unter denselben äußeren Magnetfeldern die Oszillationsperiode der Präzession für die BFO-beschichteten LSMO-Filme zu erweitern und die mit 20 nm dickem BFO beschichtete Probe zu zeigen Eine längere Oszillationszeit als die mit 3 nm dickem BFO beschichtete.

Fourier-Transformationen zeigen jeweils unterschiedliche Verschiebungen der Präzessionsfrequenz-Peak-Position für das gleiche externe Magnetfeld, so dass die Frequenzmodulation der Magnetisierungspräzession bestätigt wurde.

Die Forscher analysierten das effektive Magnetfeld im LSMO-Film und schrieben die Reduktion der Präzessionsfrequenz auf die Unterdrückung der Anisotropie durch BFO-Beschichtungsschichten zurück. Darüber hinaus gehen sie davon aus, dass ein solches Verhalten durch die Austauschinteraktion über die BFO / LSMO-Schnittstelle induziert wurde.

"Die Untersuchung der optisch angeregten Magnetisierungspräzession in Magnetoxiden kann die potenzielle Anwendung in Spintronikgeräten beleuchten", schrieben die Forscher, "Unsere Ergebnisse können einen effektiven Ansatz zur Steuerung des Spinverhaltens in magnetischen Oxidfilmen durch Strukturdesign bieten."