垂直Co/Pt多层膜中飞秒激光诱导超快退磁动力学研究

One of research frontiers in spintronics is to improve the work speed of the magnetic devices from the limitation of few nanoseceonds. The ultrafast demagnetization induced by femtosecond laser pulse has a great attention. More, the femtosecond laser pump-probe offer a method to manipulate and detect spin at few hundred femtoseconds. As one of key issue for understanding the process of the ultrafast demagnetization, it is interesting and important to explore the relationship between the magnetic interaction and the dissipation and recovary of spin angular momentum. This project will will all optical pump-probe MOKE to probe the dynamics of the ultrafast demagnetization induced by femtosecond pulse in sputter deposited Co/Pt multilayer. The perpendicular magnetic anisotropy in Co/Pt multilay can be tuned by varied number of the period.The interlayer antiferromagnetic exchange can be intruded by a insert Ru layer. By tuning the Ru layer thickness the interlayer antiferromagnetic exchange is varied. We will characterize the process of the ultrafast demagnetization under varied the perpendicular magentic anisotropy and the interlayer exchange. This work It is helpful to understand the process of the spin angular momentum transfer during the ultrafast demagnetization.

飞秒激光导致导致在飞秒尺度内的超快退磁过程引起了极大关注，是因为激光泵浦探测提供了一种能够在飞秒尺度对自旋操纵和读出的途径，有望突破现在磁器件的工作响应时间在纳秒尺度的局限。超快退磁的核心问题之一，是研究磁相互作用对自旋角动量耗散和再生快慢的影响。本文研究拟采用全光学飞秒时间分辨的泵浦探测磁动力学（TRMOKE）平台，研究飞秒激光诱导[Co/Pt]n多层膜中的超快退磁动力学行为, 重点是通过研究垂直磁各向异性的大小和层间耦合强度对超快退磁的影响，来理解自旋角动量转移的方式与超快退磁机制的关系，为深入了解超快退磁动力学行为和驱动机制提供更多的实验数据。

飞秒激光导致导致在飞秒尺度内的超快退磁过程引起了极大关注，是因为该现象表明激光脉冲能够在飞秒尺度对自旋操纵。超快退磁已经在很多铁磁材料中观察到了，但是关于其自旋角动量耗散的认识还很有争议。特别是最近认为在多层结构中，由于激光导致的热电子在铁磁材料中运动形成的自旋流能有效导致超快退磁，是超快退磁的主要机理。为了探究超快退磁中的自旋流，我们研究了Co/Pt多层膜。通过不同功率下的退磁分析，我们认为在该体系中，由于Co/Pt界面强的自旋轨道耦合效应，导致局域的自旋翻转是超快退磁的主要机理，这一结果能够采用三温度模型很好地拟合。但是在另外CoFeB隧道结体系中，我们观察到了超快自旋流。在该结构的两层铁磁层为反平行排列下，超快退磁时间变短同时退磁幅度也变大。这样的现象以前只是在金属界中观察到，在绝缘层的隧道结中没有观察到。我们的发现显然表明在以MgO为绝缘层的隧道结中，存在超快自旋流而且还能对超快退磁有促进作用。我们还研究了在GdFeCo和Fe/MgO薄膜中激光诱导的磁动力学。特别是在GdFeCo薄膜中，对于前人也观察到的四步退磁现象的错误认识，我们进行了纠正。我们认为第四步中的磁信号不是退磁信号，而是磁进动信号。这对正确理解该系统的超快磁动力学十分有用。