超高记录密度铁磁薄膜的热磁与全光磁化反转机理与超快动力学研究

超级计算机与高速通讯网络的发展要求超高密度、超高速存储设备。光磁混合存储技术正是开发超高密度、超高速存储设备的关键技术，成为国际前沿研究热点。本项目拟使用本课题组发展的光-磁同步动态磁化磁光测试系统对三种垂直磁化超高密度记录介质GdFeCo、TbFeCo和FePt的热磁补偿点、居里点写入和全光写入磁化反转超快动力学过程进行系统、深入研究。研究磁化反转速率随激发流密度、外加磁场强度的变化。弄清热磁磁化反转是有垒或是无垒的？激光脉冲的作用仅仅是加热或是能导致磁化反转畴的结核？研究亚铁磁和铁磁系列薄膜的全光磁化反转现象，弄清全光磁化反转是GdFeCo薄膜的特有现象或是铁磁薄膜的普遍现象。拟通过全光磁化反转对激光脉冲宽度的依赖性研究，弄清全光磁化反转的机理和为什么目前报道的全光磁化反转只能发生在比居里温度略低的微小温度范围的物理本质。具有重要科学意义和应用价值。

研究了传统的时间分辨磁光Kerr回线环的起源，发现它所反映的并不是没有光激发的初始回线环的时间演化，因而所反映的矫顽力（Hc）动力学是不真实的。建立起光-磁同步动态磁化时间分辨磁光Kerr测试系统，它能够消除激光感应的磁化变化的不可逆效应，因而能够检测任一磁化态的激光感应的磁演化。应用此技术首先研究了垂直磁化FePt薄膜的飞秒激光感应矫顽力动力学，发现激光感应的Hc减小远不如传统的时间延迟回线环显示的那样明显，显示传统的时间分辨磁光Kerr回线环中包含强的多脉冲激发的磁化反转累计效应。进一步研究了垂直磁化FePt薄膜的飞秒激光感应磁化反转动力学，发现反向外场小于最小动态Hc情况下，仍能观察到磁化反转现象，显示有垒磁化反转和激光直接导致反转畴结核的证据。研究了垂直磁化非晶GdFeCo薄膜的饱和磁化态和剩磁态的飞秒激光感应超快磁化动力学,发现均存在一致的亚皮秒磁化反转过程，表明这种亚皮秒磁化反转起源于纯光作用，证实了理论预计的一种新的线性反转机制。研究了垂直磁化的非晶TbFeCo薄膜的氧化效应及其对TbFeCo薄膜的结构和磁化反转动力学的影响，发现氧化的TbFeCo层变成面内磁化，并能阻止底层的TbFeCo的进一步氧化。采用二色（400和800nm激光）泵浦-探测时间分辨反射光谱和磁光Kerr光谱研究了TbFeCo中稀土Tb和过渡金属FeCo子晶格之间的能量和磁耦合作用，发现两者间的耦合非常有效。稀土Tb和过渡金属FeCo子晶格各自的回线环显示Tb的磁矩并不是和FeCo磁矩180度反平行耦合的，而在180反平行附近的扇区内分布的。全光磁化反转是GdFeCo和TbFeCo这类反铁磁所特有的现象。全光磁化反转只能发生在某一窄的激发流密度范围，原因可能是保证非直接激发磁子系统的自旋温度不超过居里温度。进一步研究了面内磁化的FePt和Co2FeMnAl全Heusler合金薄膜的自旋波动力学，发现Co2FeMnAl全Heusler合金薄膜中能有效激发起传播的静磁表面自旋波，显示它在磁子器件应用中的光明前景。此外，结合国际前沿热点，还超额开展了半导体中电子自旋弛豫与输运动力学和非晶半导体光致相变动力学研究。取得了超预期的研究成果。发表研究论文19篇，获发明专利授权3项。培养博士毕业生4名，高校进修教师1名。做国际学术会议邀请报告两次，国内会议邀请报告4次。