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FePt/CoFe复合膜磁动力学特性的激光泵浦探测研究

作　者: 崔伯寅
导　师: 金庆原
学　校: 复旦大学
专　业: 光学
关键词: 自旋动力学 超快 自旋波激发 磁化强度 磁有序 磁光克尔效应 进动 FePt/CoFe 泵浦-探测技术 磁层 阻尼因子 泵浦探测 外磁场 磁晶各向异性 外场 激光泵浦 易磁化方向 交换耦合 飞秒激光脉冲 退火时间
分类号: O484.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


亚皮秒激光脉冲与磁有序材料的相互作用已经发展成为现代磁学领域一个热门的研究课题。从十几年前发现的亚皮秒时间内的退磁现象到最近由一个40飞秒激光脉冲控制磁化翻转,超短激光脉冲控制磁有序不仅在基础研究而且在实际磁存储应用领域都显示出重要的意义。本论文主要用时间分辨的飞秒激光泵浦探测技术研究了FePt/CoFe交换耦合薄膜的超快磁进动和衰减过程。第一章介绍了超快激光控制自旋的背景,以及利用不同波长的光探测样品的磁性和自旋动力学的基本理论。第二章介绍了薄膜制备和泵浦-探测技术。第三章简单说明了样品的制备和静态磁性。第四章则具体介绍了我们研究FePt/CoFe耦合薄膜的超快退磁及磁恢复的动态测量实验结果,并且定性和定量的解释了其动力学过程。发现FePt/CoFe样品的易磁化方向和制备条件及软磁层CoFe的厚度有关系,并且也影响了样品在超快激光作用后的退磁及磁恢复的不同响应。第五章给出工作总结和展望。我们利用时间分辨的纵向磁光克尔效应,研究了FePt/CoFe耦合薄膜在激光诱导下的自旋动力学。对于硬磁层FePt,我们选择了两个不同的生长温度,分别为380度和425度。发现当激光作用后,在合适的条件下,样品在恢复的初期磁矩表现出磁化进动和衰减行为。通过改变样品结构和测量条件(软磁层的厚度、外场的大小、泵浦光的强度、硬磁层的退火时间),我们研究了磁化进动的行为特性随上述条件的变化规律。研究发现,磁化进动的频率大小与泵浦光强度和软磁层厚度无关,但却与外磁场在一定的范围内呈线性关系。进动振幅随着CoFe层的厚度和外场的变化而变化。结果表明,该系统中激光诱导的磁化进动是均匀激发,符合Kittel的一致进动模式。利用LLG方程模拟计算了磁矩进动的阻尼因子α～0.13,我们认为这个相对较大的α值主要来自于FePt层的贡献,其自旋轨道耦合作用远远大于一般的CoFe软磁薄膜。

全文目录


目录  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章 引言  7-17
  1.1 自旋动力学介绍  7-9
    1.1.1 自旋动力学行为的时间尺度  7-8
    1.1.2 超快激光对自旋的控制  8-9
  1.2 不同波段超快激光对样品的探测特点  9-12
    1.2.1 可见光波段的探测  9-10
    1.2.2 紫外光波段的探测  10-11
    1.2.3 远红外光波段的探测  11
    1.2.4 X射线波段的探测  11-12
  1.3 自旋动力学理论介绍  12-17
    1.3.1 激光诱导磁行为的三温度模型  12-14
    1.3.2 朗道-栗弗席兹-吉尔伯特磁动力学方程  14-15
    1.3.3 吉尔伯特阻尼因子  15-17
第二章 实验系统及其原理  17-32
  2.1 薄膜样品的制备  17-19
    2.1.1 溅射镀膜原理  17-18
    2.1.2 镀膜设备与制备工艺条件  18-19
  2.2 样品的表征  19-20
    2.2.1 样品成分的表征  19
    2.2.2 样品结构的表征  19-20
    2.2.3 样品厚度的表征  20
  2.3 静态磁性的测量---磁光克尔效应  20-26
    2.3.1 磁光克尔效应的原理  21-24
    2.3.2 磁光克尔效应的实验装置  24-26
  2.4 磁动力学行为的探测---时间分辨的磁光克尔效应  26-32
    2.4.1 泵浦探测技术  26-28
    2.4.2 超快泵浦探测的实验装置  28-32
第三章 FePt/CoFe的静态磁性  32-37
  3.1 交换耦合薄膜的简介  32-33
  3.2 FePt/CoFe薄膜的静态磁性分析  33-37
    3.2.1 软磁层厚度对交换耦合系统的影响  34-35
    3.2.2 退火时间对交换耦合系统的影响  35-37
第四章 FePt/CoFe自旋超快动力学  37-48
  4.1 FePt/CoFe的退磁及磁恢复特征  37-39
  4.2 FePt/CoFe的磁化进动过程  39-41
  4.3 进动的特性研究  41-48
    4.3.1 CoFe不同厚度的影响  41-43
    4.3.2 不同泵浦能量的影响  43-45
    4.3.3 不同外场对进动的影响  45-46
    4.3.4 不同退火时间对进动的影响  46-48
第五章 总结  48-49
参考文献  49-53
硕士期间发表的论文  53-54
致谢  54-55

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的性质 > 磁性质
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