垂直各向异性GdFeCo金属薄膜的磁畴演化与大磁光效应

A great of attention has been played to explore the microstructure of magnetic domain and the magnetization reversal process in amorphous GdFeCo films duo its perpendicular magnetic anisotropy and large magneto-optical Kerr coefficient. The perpendicular magnetic anisotropy in GdFeCo can still keep when thickness is large than 100nm. It is still unknown for the origin of the perpendicular magnetic anisotropy in GdFeCo film. This project will employe high sensitive magneto-optical measurement to detect the both of the average of the reduced polar magnetization <Mz> and the average of square polar magnetization during the process of the magnetization reversal. The ferromagnetic resonance will be used to probe the perpendicular magnetic anisotropy including high order term with varied temperature. The evolutiong of the magnetic domain probed by Kerr microscopy will be present and discuss in the frame of the perpendicular magnetic anisotropy. Not only the first order of magnetic perpendicular anisotropy but also the second order will be counted. This work is helpful to understand the origin of the perpendicular magnetic anisotropy in GdFeCo films and offer great information for the potential application.

稀土过渡金属磁性薄膜GdFeCo同时具有垂直磁各向异性和巨大的磁光效应的特点。与其它金属超薄膜材料磁性材料不同，垂直各向异性不随薄膜厚度而迅速下降，这一独特的性质对超高密度磁存储和磁光存储具有重要的意义。但到目前为止，对非晶态RE-TM薄膜中的垂直磁各向异性起源的物理机制仍不清楚。本工作计划采用具有极高灵敏度的磁光效应，同时定量测量垂直磁化强度<Mz>及平方项，确定磁化强度去想及其随外场和温度的演化过程。结合具有探测高阶各向异性参数的铁磁共振手段，研究垂直各向异性能的高阶各向异性项随温度变化的规律及其对磁畴结构变化的影响。该项研究不但有助理解这类材料的垂直磁各向异性的起源及其随薄膜厚度不敏感的原因，而且对开发同时具有垂直各向异性和磁光效应的材料有重要指导意义。

由于在基础研究和工业应用两方面的展示出来的不凡特性，磁光材料GdFeCo薄膜的研究，特别是其磁各项异性的研究备受关注。最近，我们研究了其温度相关的磁各向异性，以及和磁各向异性相关的激光诱导的磁动力学有不少研究。通过从265K到320K的变温测量的磁光克尔曲线和铁磁共振曲线，我们对20nm GdFeCo薄膜的磁化和磁各向异性做了表征。随着温度的升高，薄膜的垂直磁各向异性和形状各向异性都随温度升高而升高，但是它们之间的竞争导致了一个温度诱导的自旋重取向：有效的垂直磁各向异性从288K的2.22×104 erg/cm3 变到317K的1.56×104 erg/cm3。在304K，GdFeCo薄膜呈现cone态，易轴偏离垂直方向44o。激光诱导的磁动力学采用时间分辨的TRMOKE测量。在超快退磁和退磁恢复后，又观察到了第二个慢达200ps的下降峰。之前有文章解释成Gd格子的退磁信号。我们仔细分析了其完整的长达5ns的磁动力学信号，认为是磁进动导致的震荡信号，是磁矩方向发生变化的信号，而不是磁矩大小变化的信号。这样的结果是因为GdFeCo低的热扩散系数导致。