全光学方法研究磁性薄膜的阻尼吸收

近年来，磁性薄膜的阻尼吸收在基础研究和应用两个方面受到广泛重视。一方面，阻尼吸收严重影响电流驱动磁化翻转的临界电流大小，在磁性随机存储器(MRAM)的设计中举足轻重。另一方面，由于与磁振子－声子－电子之间的相互作用密切相关，研究阻尼吸收对于理解磁振子－声子－电子之间的相互作用等基本物理问题十分必要。本项目采用(飞秒)时间分辨磁光效应这一全光学方法并结合铁磁共振研究磁性薄膜的阻尼吸收。研究对象主要包括三个大类：一般磁性金属和金属合金，100％自旋极化的半金属，以及磁性氧化物。具体开展以下几个方面的研究：(1) 薄膜的缓冲层对阻尼吸收的影响；(2)薄膜的结构对阻尼吸收的影响；(3)磁性薄膜的电子态结构，磁晶各向异性对阻尼吸收的影响；(4)阻尼吸收的频率特性。该项目不但有助于理解自旋－轨道耦合、自旋－晶格相互作用对阻尼吸收的影响，而且为寻找低临界电流的磁性薄膜提供理论指导。

磁性薄膜阻尼吸收的机制包括外在的和内禀两个方面的贡献。其中外在的贡献可能来源于磁性薄膜磁性不均匀性导致的自旋弛豫，界面自旋泵浦等。而内禀性则来源于自旋轨道耦合和电声子相互作用的共同作用。围绕后者的物理机制，人们提出了各种理论模型。本项目围绕磁性薄膜的磁性阻尼行为，我们制备了L1(0) FePdPt薄膜，结合时间分辨表面磁光克尔效应，研究其自旋动力学性质。对于FePdPt 薄膜，通过调节Pt/Pd的相对比例，发现薄膜内禀磁性阻尼系数随着Pt含量增加而增加。结合第一性原理计算，发现自旋轨道耦合强度也随着Pt含量增加而增加。特别重要的是，内禀磁性阻尼系数与自旋轨道耦合强度的平方成正比，该工作已经投寄PRL, 得到很好的评价，预计最近将会被接受。该项目不但有助于理解自旋－轨道耦合、自旋－晶格相互作用对阻尼吸收的影响，而且为寻找低临界电流的磁性薄膜提供理论指导。另外，我们还研究了半金属Co2FeAlSi薄膜的自旋动力学性质，发现由于其费米面附近的态密度比较小，其磁性阻尼系数非常小， 进一步验证了磁性阻尼系数与费米面附近态密度密切相关。