磁性薄膜的光誘導超快自旋動力學研究.pdf

1、由于超快自旋動力學在基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用上的重要性，人們做了大量的實驗和理論研究。然而，超快退磁過程的機制到目前為止還沒有研究清楚?；诖殴饪藸栃?yīng)的時間分辨的泵浦-探測技術(shù)可以用來研究磁性材料自旋瞬態(tài)翻轉(zhuǎn)的特性和磁性體系中磁化翻轉(zhuǎn)的速度極限。本論文選擇了幾個特殊的磁性系統(tǒng)作為研究對象，深入研究了瞬態(tài)退磁過程和磁化恢復過程的機制。
　　 本論文主要包含以下幾個內(nèi)容：
　　 第一，我們研究了TbFeCo和TbFe合金薄膜的超

2、快自旋動力學過程。首先，對于特定的TbFeCo薄膜，在低泵浦能量下，退磁只有一個階段，退磁時間約為600飛秒。退磁時間增加隨著泵浦能量的增加而增加，動力學退磁過程逐漸分為兩個階段，即快退磁階段和慢退磁階段。其次，在特定的泵浦能量下(1.0 mJ/cm2)，對于含Tb量低的樣品，其瞬態(tài)退磁過程中只有快退磁階段，并且退磁過程在600飛秒內(nèi)完成。當Tb含量為21％時，快退磁階段(持續(xù)時間約為600飛秒)結(jié)束后，出現(xiàn)慢退磁階段，且慢退磁階段的退

3、磁時間達到最大值3.0皮秒。我們在TbFe薄膜中也發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象。最后，我們還研究對比了TbFeCo薄膜制備態(tài)與退火后的超快退磁過程，發(fā)現(xiàn)退火后退磁時間減小，這是由于退火可以減小磁致伸縮系數(shù)。結(jié)果表明，TbFeCo的巨磁致伸縮效應(yīng)至少是造成退磁過程產(chǎn)生第二個慢退磁階段和長退磁時間的重要原因之一。
　　 第二，我們研究了不同散熱層(包括Ag，Cu，Pt，Ta和Cr)的FeCo薄膜的超快自旋動力學過程。首先，對于不同散熱層材料和厚度

4、的樣品，瞬態(tài)退磁過程都是在大約500飛秒以內(nèi)完成，所以退磁時間與散熱層和泵浦能量無關(guān)。其次，對于單層的FeCo薄膜，在延遲時間為4.0皮秒時的磁化強度與最大退磁量的比值(簡稱磁化強度的恢復率)比有散熱層樣品的降低了約15％。我們還發(fā)現(xiàn)磁化強度的恢復率與散熱層材料密切相關(guān)，且隨著泵浦能量的增加而降低。在我們研究的散熱層材料中，Cr散熱層的樣品具有最大的磁化強度恢復率，這是由于FeCo層和Cr層晶格失配度很小，從而促成了FeCo層在散熱層上

5、柱狀生長，因此減小了電子和聲子在界面的散射，并且增強了熱傳導效率。經(jīng)過分析，我們還發(fā)現(xiàn)在皮秒量級時間內(nèi)的磁化強度恢復率與散熱層的厚度和熱導率無直接關(guān)系。最后，我們研究了超快激光的損傷閾值，發(fā)現(xiàn)散熱層的熔點越高，其損傷閾值越高。在以上研究的所有樣品中，Ta具有最高的激光損傷閾值。實驗中還發(fā)現(xiàn)退火也能提高散熱層的熱傳導效率及激光損傷閾值。
　　 第三，我們選擇FePt/CoFe復合雙層膜結(jié)構(gòu)為研究體系，研究其超快自旋動力學過程。實驗