Ultrahurtige laserimpulser møder magnetiske materialer i ny forskning

Forskere har studeret ultrahurtig ikke-ligevægtsmagnetisering i korrelerede spin-systemer i de seneste år. På både grundlæggende niveau og anvendelsesniveau, ultrahurtig laserpulsexcitation og dynamikmåling giver en effektiv vej til hurtig optisk detektion, samt kontrol af magnetisk orden. Undersøgelser er blevet udført med magnetiske medier, der måler den tidsopløste magneto-optiske Kerr-effekt (TR-MOKE), ultrahurtig magnetisk afslapningsfænomen såsom ultrahurtig afmagnetisering og ensartet præcession. Den optisk exciterede magnetiseringspræcession i magnetiske medier udviser magnetiseringens tidsmæssige reaktion, når det effektive magnetfelt øjeblikkeligt ændres ved ultrahurtig laserpulsexcitation og giver information om spindynamikken mikroskopisk.

For nylig, forskning har fokuseret på BiFeO3 (BFO) og Sr-doteret LaMnO3 heterostruktur for en række nye fysiske egenskaber, der stammer fra den antiferromagnetiske (AFM) og ferromagnetiske (FM) udvekslingsinteraktion på tværs af heterogrænsefladen. I en artikel for nylig offentliggjort i SCIENCE KINA Fysik, Mekanik og astronomi , forskere ved Institut for Fysik, det kinesiske videnskabsakademi, rapporterede deres undersøgelse af den ultrahurtige laser-exciterede magnetiseringsdynamik af ferromagnetiske (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) tynde film med epitaksialt dyrkede BiFeO3 (BFO) belægningslag.

Disse forskere fremstillede BFO/LSMO-heterostrukturen ved hjælp af lasermolekylærstråleepitaxisystemet. Som designet, 10 nm tykke LSMO tynde film blev afsat på (001) SrTiO3 (STO) enkeltkrystalsubstrater, og tre- eller 20 nm tykke BFO-film blev coatet på LSMO-filmene. Røntgendiffraktion blev udført til strukturel karakterisering. Med det ultrahurtige tidsopløste magneto-optiske Kerr-effekt (TR-MOKE) målesystem, de byggede, forskerne målte den tidsmæssige respons af de prøver, de forberedte, inden for tidsskalaen på ~500 ps ved hjælp af en pumpe-probe-teknik.

To forskellige typer af oscillationer blev lanceret, efter at pumpeimpulsen exciterede prøven. Den højfrekvente oscillation ved ~103 GHz var uafhængig af det eksterne magnetfelt, som blev tilskrevet de kohærente akustiske fononer genereret i STO-substraterne af pumpe-pulsbestrålingen. Den anden oscillationstilstand fandt sted ved en lavere frekvens (10-30 GHz), udviser en positiv afhængighed af det eksterne magnetfelt. Dette forhold bekræftede, at oscillationsadfærden var den optisk udløste magnetiseringspræcession, som er blevet observeret i magnetiske medier i tidligere ultrahurtige TR-MOKE-målinger.

Spændende nok, ved at sammenligne den optisk exciterede præcessionsadfærd af prøverne under de samme eksterne magnetfelter, oscillationsperioden for præcessionen så ud til at være udvidet for de BFO-coatede LSMO-film, og prøven coatet med 20 nm tyk BFO udviste en længere oscillationsperiode end den coatet med 3 nm tyk BFO. Fourier-transformationer viser tydelige skift af præcessionsfrekvensens spidsposition i hvert tilfælde for det samme eksterne magnetfelt, bekræfter således frekvensmodulationen af ​​magnetiseringspræcessionen.

Forskerne analyserede det effektive magnetfelt i LSMO-filmen og tilskrev reduktionen af ​​præcessionsfrekvensen til undertrykkelsen af ​​anisotropien af ​​BFO-belægningslag. I øvrigt, de antager, at en sådan adfærd blev induceret af udvekslingsinteraktionen på tværs af BFO/LSMO-grænsefladen.

"At undersøge den optisk exciterede magnetiseringspræcession i magnetiske oxider kan kaste lys over potentiel anvendelse i spintronics-enheder, " skrev forskerne. "Vores resultater kan give en effektiv tilgang til at kontrollere spinadfærden i magnetiske oxidfilm gennem strukturelt design."