Ett tidsupplöst magneto-optiskt Kerr-effektmätsystem. Kredit:©Science China Press
Forskare har studerat ultrasnabb icke-jämviktsmagnetisering i korrelerade spinnsystem de senaste åren. På både grundläggande nivå och tillämpningsnivå, ultrasnabb laserpulsexcitering och dynamikmätning ger en effektiv väg till snabb optisk detektering, samt kontroll av magnetisk ordning. Studier har utförts med magnetiska medier som mäter den tidsupplösta magneto-optiska Kerr-effekten (TR-MOKE), ultrasnabb magnetisk avslappningsfenomen som ultrasnabb avmagnetisering och enhetlig precession. Den optiskt exciterade magnetiseringsprecessionen i magnetiska medier uppvisar magnetiseringens tidsmässiga respons när det effektiva magnetfältet omedelbart ändras av ultrasnabb laserpulsexcitering och ger information om spindynamiken mikroskopiskt.
Nyligen, forskning har fokuserat på BiFeO3 (BFO) och Sr-dopad LaMnO3 heterostruktur för en serie nya fysikaliska egenskaper som härrör från den antiferromagnetiska (AFM) och ferromagnetiska (FM) utbytesinteraktionen över heterogränssnittet. I en artikel som nyligen publicerades i SCIENCE KINA Fysik, Mekanik och astronomi , forskare vid Institutet för Fysik, kinesiska vetenskapsakademin, rapporterade sin undersökning av den ultrasnabba laserexciterade magnetiseringsdynamiken hos ferromagnetiska (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) tunna filmer med epitaxiellt odlade BiFeO3 (BFO) beläggningsskikt.
Dessa forskare tillverkade BFO/LSMO-heterostrukturen med hjälp av lasermolekylärstråleepitaxisystemet. Som designad, 10 nm tjocka LSMO-tunna filmer avsattes på (001) SrTiO3 (STO) enkristallsubstrat, och tre eller 20 nm tjocka BFO-filmer belades på LSMO-filmerna. Röntgendiffraktion utfördes för strukturell karakterisering. Med det ultrasnabba tidsupplösta magneto-optiska Kerr-effekt (TR-MOKE) mätsystemet de byggde, forskarna mätte det tidsmässiga svaret av proverna de preparerade inom tidsskalan av ~500 ps med hjälp av en pump-probe-teknik.
Transienta Kerr-rotationssignaler för den obelagda LSMO-filmen och LSMO-filmerna belagda med 3- och 20 nm tjocka BFO-lager under externa magnetfält på 0,2 T(a), 0,4 T (b), och 0,6 T (c). Fouriertransformerna av signalerna som visas i (a), (b), och (c) för externa magnetfält på 0,2 T (d), 0,4 T (e), och 0,6 T (f), respektive. Kredit:©Science China Press
Två distinkta typer av oscillationer lanserades efter att pumppulsen exciterade provet. Den högfrekventa oscillationen vid ~103 GHz var oberoende av det externa magnetfältet, vilket tillskrevs de koherenta akustiska fononerna som genererades i STO-substraten av pump-pulsbestrålningen. Det andra oscillationsläget inträffade vid en lägre frekvens (10-30 GHz), uppvisar ett positivt beroende av det externa magnetfältet. Detta förhållande bekräftade att oscillationsbeteendet var den optiskt utlösta magnetiseringsprecessionen, som har observerats i magnetiska medier i tidigare ultrasnabba TR-MOKE-mätningar.
Spännande nog, genom att jämföra det optiskt exciterade precessionsbeteendet hos proverna under samma externa magnetfält, svängningsperioden för precessionen verkade vara utökad för de BFO-belagda LSMO-filmerna, och provet belagt med 20 nm tjockt BFO uppvisade en längre oscillationsperiod än det belagt med 3 nm tjockt BFO. Fouriertransformer visar distinkta förskjutningar av precessionsfrekvensens toppposition i varje fall för samma externa magnetfält, vilket bekräftar magnetiseringsprecessionens frekvensmodulering.
Forskarna analyserade det effektiva magnetfältet i LSMO-filmen och tillskrev minskningen av precessionsfrekvensen till undertryckandet av anisotropin av BFO-beläggningsskikt. Dessutom, de antar att sådant beteende inducerades av utbytesinteraktionen över BFO/LSMO-gränssnittet.
"Att undersöka den optiskt exciterade magnetiseringsprecessionen i magnetiska oxider kan kasta ljus över potentiell tillämpning i spintronics-enheter, " skrev forskarna. "Våra resultat kan ge ett effektivt tillvägagångssätt för att kontrollera spinnbeteendet i magnetiska oxidfilmer genom strukturell design."
